NO880539L - Sveisemaskin for motstandsoemsveising. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår en motstandssømsveisemaskin, især for sveising av langsgående sømmer på bokser, med en sveise-transformator og en sekundærsløyfe med frem- og tilbakeled-ning, med et pendelrullehode i hvilket en pendelarm som bærer en øvre elektroderull, er opplagret dreibart, med en nedre arm som bærer en nedre elektroderull, med en første strømskin-ne som fører fra sveisetransformatoren til pendelrullehode og med en andre strømskinne som fører fra sveisetransformatoren til den nedre arm.

En motstandssømsveisemaskin av ovennevnte type er kjent ( "Energieumsatz von der Schweissstelle bis zum Netz beim Widerstandsschweissen", W. Glage, Widerstandsschweissen III, foredrag på den 6. spesialkongress for motstandssveise-teknikk i Stuttgart 1965, Deutscher Verlag ftir Schweisstechnik (DVS) GmbH, Dusseldorf, 1965, side 53-69, især side 57). På grunn av de høye strømstyrker i sekundærkretsen ved slike sømsveisemaskiner, har induktivitet og ohmsk motstand, selv om disse er små, stor betydning, da verdiene for impedansen, som er liten, vanligvis målt i mikroohm, fører ved multiplikasjon med sveisestrømmen til store arbeids- og blindspen-ningstap. Vesentlig påvirkning på sveises trommens i to stør-relser er sekundærsløyfens geometriske form. Sekundærsløyfens geometriske form bestemmer dennes induktivitet og dermed den sekundære impedans Z sammen med den ohmske motstand. Disses multiplikasjon med sveisestrømmen I^gir nevnte spenningstap ( U = Z^) som kan være så stor at den spenningsdel som blir til overs på sveisegodset av sekundærklemmespenning-en, i beste tilfeller kan være 1/4 til 1/6 av klemmespenning-en. For nedsettelse av dette spenningstap er det i forbindelse med den kjente maskin anført følgende viktigste tiltak:

1. Sekundærsløyfen holder så liten som mulig.

2. Det benyttes så godt ledende materialer som mulig.

3. Sekundærovergangsmotstander holdes så liten som mulig ved hjelp av faste, rene og tilstrekkelig store kontakter.

4. Strømkonsentrasjoner unngås.

5. Det tas hensyn til strømfordelingen.

6. Minst mulig magnetiske materialer bringes inn i sekundær-

■ magnetfeltets område.

7. Tapsstrømmer (parallelløp) unngås i arbeisstykkene og innretningen.

Som eksempel er det anført på den kjente sømsveise-maskin at maskinens induktive motstand kunne nedsettes 50% ved en annen plassering av tilførselsledningen til det øvre sømhode. De vekselstrømmer med stor strømstyrke som oppstår ved motstandssveising krever som nevnt foran, at det tas hensyn til strømfordelingen (og virvelstrømmene). På den ene side bør man på grunn av sekundærsløyf ens gunstige geometriske form legge frem- og returledningen nærest hverandre og på den annen side burde man på grunn av overlagringen av magnetfeltene fra disse to ledninger, velge denne avstand størst mulig. Mellom disse to motstridene krav foreligger en bestemt avstand hvor det foreligger et optimum mellom stigende motstand og fallende induktivitet. Når strømmens frem- og returledning er anordnet så langt fra hverandre at de to ledningers magnetfelt ikke kan innvirke merkbart på hverandre, vil sekundærsløyfen bli for stor. Er avstanden 'mellom frem- og returledningen liten, oppstår den ensidig strømfortregning som også betegnes naboeffekt og som oppstår ved overlagringen av frem- og returledningenes magnetfelt.

Videre er det problematisk ved slike motstandssøms-veisemaskiner at maskinens elektrisk ledende deler som overhodet ikke er del av sekundærsløyfen, oppvarmes sterkt, nemlig av virvelstrømmene idet de befinner seg i det magnetfelt som omgir frem- og returledningen. Når sveisestrømmen har en vanlig frekvens på 500 Hz, kan oppvarmingen på grunnlag av virvelstrømmene bli betydelig. På denne måte kan deler som består av elektrisk godt ledende metall på korteste tid, eksempelvis ett minutt, få temperaturer på over 100°C. Slik tapsvarme må igjen fjernes for disse deler, noe som medfører betydelige kjøleproblemer. I sekundærsløyfens område kan det imidlertid befinne seg deler som overhodet ikke kan av-kjøles, eksempelvis kjeder med på disse anordnede transport-kroker som transporterer boksendene til sveisestedet mellom elektroderullene. For i utgangspunktet å sørge for at disse problemer overhodet ikke oppstår, er ved kjente motstandssøm- sveisemaskiner for sveising av langsgående sveisesømmer på boksender, den første strømskinne og den nedre arm anordnet i så stor avstand fra hverandre at en nevneverdig oppvarming av de nevnte transportanordninger ikke kan oppstå og maskindeler som det ikke kan unngås befinner seg i den første strøm-skinnes og den nedre arms magnetfelt, er kjølt virkningsfullt fra innsiden. Dette var imidlertid forbundet med den ulempe at kravet til å holde sekundærsløyfen så liten som mulig, ikke lengre kunne oppfylles. Det er oppfinnelsens oppgave ved en motstandssømsveisemaskin av den innledningsvis nevnte type på enkel måte vesentlig å nedsette spenningstapet i sekundærsløyfen og oppvarmingen av de deler som omgir denne.

Denne oppgave løses ved en motstandssømsveisemaskin av den innledningsvis nevnte type ifølge oppfinnelsen med de i kravenes karakteriserende deler anførte trekk.

Motstandssømsveisemaskinen ifølge oppfinnelsen har på grunn av den koaksiale anordning av frem- og returledningen, en meget liten sekundærsløyfe med små avstander mellom ledningene hvor i tillegg det moment utnyttes at et magnetfelt i det vesentlige foreligger i det indre ved en koaksialledning og utad allerede i kort avstand praktisk talt ikke lenger foreligger. Med utformingen av sekundærsløyfen ifølge oppfinnelsen nedsetter ikke bare sekundærkretsens impedans, men også varmetapene som oppstår utenfor sekundærsløyfen forminsk-es uten at maskinens betjening derved gjøres mer komplisert. Det område hvor transporthaker eller liknende beveges ved langsgående sveising av boksender, er tilnærmet feltfri, slik at disse ikke oppvarmes i nevneverdig grad. Likeledes oppstår lite oppvarming omkring sekundærsløyfen. Denne oppvarming er mindre jo dette tettere frem- og returledningen er anordnet i en koaksialledning.

Forsøk som beskrives nærmere i det etterfølgende har vist at spenningstap i sekundærsløyfen ved hjelp av oppfinnelsen kan nedsettes fra omkring 7 til 7,8 V/m til omkring 2,6 til 2,9 V/m, således mer enn 50%, i forhold til kjente motstandssømsveisemaskiner for langsgående sveisesømmer på boksender.

Ved utformingen av oppfinnelsen reduseres spennings tapet vesentlig ved den koaksiale anordning av en første strømskinne og en deri bevegelig pendelarm på et spesielt kritisk sted av sekundærsløyfen. Ved hjelp av strømbånd fra den første strømskinne til pendelrullehodet hvormed strømover-gangen strekker seg over en omkrets på 360°, sikres ikke bare den lukkede koaksiale anordning mellom første strømskinne og pendelrullehodet og pendelarmen på den ene side, men det fremkommer i forbindelse med strømoverføringen fra pendelrullehodet til pendelarmen via kvikksølv i sammenlikning med ensidig eller punktvis strømoverføring til pendelrullehodet, også en vesentlig forlengelse av pendelrullehodets levetid da temperaturkonsentrasjonene mellom kvikksølv og pendelarmen unngås på grunn av ensidig strømoverføring. En temperaturkon-sentrasjon på dette sted ville også ha den ulempe at kvikk-sølvet ville ha inngått en forbindelse med det omgivende kopper (amalganisering) og derved ville en dårligere strøm-overføring oppstå.

Ved ut formingen av oppfinnelsen benyttes to helt plane ledere som første hhv. andre strømskinne, idet disse er anordnet nær hverandre. Da det på denne måte oppstår meget små tap i dette område av sekundærsløyfen, kan sveisetransformatoren være anordnet i avstand fra betjeningsområdet slik at den ikke hindrer transporten av boksendene og liknende og heller ikke selve sveisingen av de langsgående sveisesøm-mer .

Ved utformingen av oppfinnelsen gir oppdelingen av den første strømskinne i flere langsgående skinner ikke bare muligheten til å kunne anordne den første strømskinne og den nedre arm i en liten avstand fra hverandre tilsvarende en koaksialledning, men også å kunne anordne transporthaker og liknende i et i det vesentlige feltfritt område. På denne måte oppfylles ikke bare kravet til lite sekundærvindu og små ledningsavstander, men også kravet til å gjøre den flate som vender mot den motstående leder størst mulig.

Utførelser av oppfinnelsen beskriver i det etterfølg-ende i sammenheng med tegningen hvor fig. 1 viser en utførelse av en motstandssømsveisemaskin ifølge oppfinnelsen, innrettet for sveising av langsgående sømmer på boksender, fig. 2 viser sveisetransformatoren med sekundærsløyfen for sveisemaskinen på fig. 1, fig. 3 viser forstørret en del av sekundærsløyf en på fig. 2, fig. 4 viser en del av sekundærsløyf en på fig. 2 i et lengdesnitt og fig. 5 viser eksempler på kjente anordninger og anordninger ifølge foreliggende oppfinnelse av den nedre arm og den del av den første strømskinne som er anordnet parallell med armen. Fig. 1 viser et oversiktsbilde av en motstandssøms-veisemaskin 2 for sveising av boksender 4. Materialet for de boksender som skal dannes, tilføres via en bøye og avret-tingssstasjon 6, bringes ved hjelp av likeledes ikke viste føringsbakker til sylindrisk form, bringes videre ved hjelp av en likeledes ikke synlig Z-formet skinne til å overlappe på det sted hvor den langsgående søm skal fremstilles og overføres i denne tilstand for langsgående sømsveising mellom en øvre elektroderull 8 og en nedre elektroderull 10 ved hjelp av en likeledes ikke synlig transportkjede som bærer transporthaker. Alt dette er kjent, eksempelvis fra søkerens DE 2 559 671 og beskrives derfor ikke nærmere. Maskinen styres ved hjelp av et betjeningstablå 12 som kan forskyves horisontalt etter behov. Fig. 2 viser sveisetransformatoren 14 med sekundær-sløyfen bestående av frem- og tilbakeledningen, i motstands-sømsveisemaskinen 2 på fig. 1. Fremledningen, dvs. den ledning som fører til den øvre elektroderull 8, består av en første strømskinne 18, et pendelrullehode 20 som med fleksible strøm-bånd 22, som beskrevet i det etterfølgende, er elektrisk ledende forbundet med den nærmest liggende del 18c av den første strømskinne 18, og en pendelarm 24 hvis ene ende er dreibart opplagret i pendelrullehodet 20 og hvis andre ende bærer den øvre elektroderull 8. Returledningen, dvs. den ledning som fører fra den nedre elektroderull 10 tilbake til sveisetransf ormatoren 14, består av en nedre arm 26 hvis ene ende bærer den nedre elektroderull 10 og hvis andre ende er forbundet med en andre strømskinne 28 som fører til sveisetrans f ormatoren 14. I det område av sekundærsløyfen som ligger mellom sveisetransf ormatoren 14 og den nedre arm 26, er den første strømskinne 18 og den andre strømskinne 28 forlagt som parallelle ledninger (såkalt dobbeltledning) og har et rektangulært tverrsnitt slik det fremgår av fig. 2. I den øvrige del av sekundærsløyfen er frem- og returledningen lagt som i det vesentlige koaksial ledning, slik det beskrives i det etterfølgende. Fig. 3 viser mer detaljert pendelrullehodet 20 og den del 18c av den første strømskinne 18 som er forbundet med dette ved hjelp av strømbåndene 22 og især pendelrullehodets pendelopplagring 28 som for oversiktens skyld er utelatt i fig. 2. Ved eldre motstandssømsveisemaskiner, som eksempelvis beskrevet innledningsvis, var det hode som bar den øvre elektroderull meget tungt og tregt, noe som medførte at svei-sepunktene især ved starten av den langsgående søm, var ureg-elmessige og ikke gode. For å unngå denne ulempe benyttes pendelrullehodet som er oppbygget ifølge prinsippet for en tarert vekt, hvor pendelopplagringen 28 bærer totalvekten og den øvre elektroderull 8 hviler praktisk talt vektfritt på den nedre elektroderull 10. For innstilling av en bestemt trykkraft, trykker en fjær 30 (fig. 1) ovenfor mot den øvre elektroderulls akse 32. Aksen 32 er festet til enden av en dreibart opplagret bøyle 34 som fører den øvre elektroderull 38 vertikalt og i sveiseretningen. Pendelarmen 24 er utformet som en hul aksel (fig. 4) som i én ende har en holdeflens 33 for elektroderullen 8 og som i den andre ende er dreibart opplagret i pendelrullhodet 20 ved hjelp av kulelagre 36. Til denne ende av pendelarmen 24 er tannkrans 38 festet hvormed pendelarmen 24 og dermed den øvre elektroderull 8 kan dreies ved hjelp av en kjede 40. Slik det er vist på fig. 3 er videre en plan trådelektrode 42 med et rektangulært tverrsnitt, ført over den øvre elektroderull 8. En tilsvarende flat trådelektrode 43 er ført over den nedre elektroderull 10. Den flate trådelektrode 43 tilføres ifølge fig. 2 den nedre elektroderull 10 fra venstre, forløper deretter oppover mot høyre og videre over en tilleggsrull 48 og deretter på undersiden i en i retning tilbake mot venstre. Slike flate trådelektroder har som formål å hindre at det oppstår en forurensning av elektroderullen ved at det oppstår en forbindelse med sveisegodsets metall (eksempelvis tinn, dersom boks-

ender av blikk skal sveises), noe som er kjent fra ovennevnte DE 2 559 671 og også fra søkerens DE 3 516 397 og således ikke nærmere beskrevet i denne forbindelse.

Pendelrullehodet 20 består av to halvdeler, nemlig den på fig. 4 til høyre viste halvdel 20a som inneholder kulelagrene 36 for opplagring av pendelarmen 24 og den på fig. 4 til venstre viste halvdel 20b som inneholder et ring-kammer 46 mellom to tetningsringer 44, idet ringkammeret 46 er fylt med flytende kvikksølv som tjener til strømoverfør-ing fra pendelrullehodet 20 til pendelarmen 24.

Ifølge fig. 3 og 4 og snittet på fig. 2, består den del 18c av den første strømskinne 18 som er anordnet nær pendelrullehodet 20 av en i tverrsnitt U-formet del 18c' som på undersiden over størstedelen av sin lengde er lukket med en plate 18c" av samme materiale som delen 18c<1>. Den første strømskinnes 18 del 18c' og pendelrullehodet 20 er forbundet elektrisk ledende over hele pendelarmens 24 omkrets ved hjelp av strømbånd 22. Pendelarmen er således over hele sin lengde omsluttet av den første strømskinne og pendelrullehodet. Kun den øvre elektroderull 8 rager ut av den U-formede del 18c'. Når pendelarmen 24 utfører en bevegelse omkring pendelopplagringen 21 gir de fleksible strømbånd tilsvarende etter slik at denne bevegelse av pendelarmen ikke hindres og denne fritt kan bevege seg i forhold til den første strøm-skinnes 18 stasjonære del 18c. Den første strømskinnes 18 del 18c og pendelrullehodet 20 på den ene side, samt pendelarmen 24 på den annen side er således anordnet tilsvarende en koaksial ledning i forhold til hverandre, hvor den sveise-strøm som tilføres den øvre elektroderull 8 strømmer inn 5 i delen 18c på fig. 4 mot høyre til kvikksølvet i ringkammeret 46, trenger inn i pendelarmen 24 via kvikksølvet og strømmer i denne i retning mot den på fig. 4 ikke viste øvre elektroderull 8. I denne koaksialledning foreligger således strømmer med motfase.

<5>I området mellom den nedre arm 26 og sveisetransformatoren 14 har første og andre strømskinner 18, 28 et flatt, bredt tverrsnitt og er med mot hverandre vendende brede tverrsnittssider anordnet horisontalt. På fig. 2 til venstre er disse bøyd i rett vinkel opp og ført inn til sveisetrans f ormatoren 14 vertikalt. Herved er den gjensidige avstand av de vertikalt anordnede deler 18", 28" i strømskinnene lik den gjensidige avstand av de horisontalt anordnede deler av disse strømskinner slik at kravet til en liten avstand mellom strømskinnene 18, 28 gjennom hvilken sveisestrømmen med motfase strømmer, oppfylles overalt mellom sveisetransformatoren 14 og den nedre arm 26.

Den nedre arm 26 har ifølge fig. 2 og 3 et sirkelformet, men øverst og nederst avflatet tverrsnitt. Den første strømskinne 18 fører fra sveisetransformatorens 14 nedre ende først horisontalt mot venstre og bøyes deretter i rett vinkel vertikalt ned, idet den andre strømskinnes 28 forløp er tilsvarende i dette område, kun med den forskjell at dens vertikalt forløpende del 28' forløper parallelt med den nedre arms 26 langsgående akse, mens den første strømskinnes 18 tilsvarende vertikalt forløpende del 18' forløper i rett vinkel til den nedre arms langsgående akse. I den nedre arms 26 område i retning mot pendelarmen 24 er den første strøm-skinne 18 oppdelt i to langsgående skinner 18a, 18b som er anordnet på en til den nedre arm konsentrisk sirkel i liten avstand fra denne og er før den nedre elektroderull 10 igjen ført sammen til den første strømskinne 18, idet denne sammen-føringsdel fortsettes i delen 18c som omslutter pendelarmen 24, slik det er nevnt ovenfor. De to langsgående skinner 18a, 18b er anordnet symmetrisk i forhold til et vertikalt langsgående midtplan B-B i den nedre arm 26. Ved den på fig. 2 viste utførelse er de langsgående skinner 18a, 18b anordnet parallelle med den nedre arms 26 øvre tverrsnittsavflatning og de langsgående skinners 18a, 18b tverrsnittsform er på den nær den nedre arm 26 anordnede side, tilpasset dette tverrsnitt, slik det tydelig fremgår av det med sirkel viste snitt B-B på fig. 2.

For plasseringen av den nær den nedre arm 26 anordnede første strømskinne 18 foreligger flere muligheter med ulike spenningstap, slik det skjematisk fremgår av fig. 5, hvor spennings tapene pr. meter er angitt til høyre i figuren tilsvarende de enkelte utføringsformer. Fig. 5a og 5b viser to kjente anordninger som ble benyttet ved søkerens eldre motstandssveisemaskiner. Ved disse kjente anordninger har den første strømskinne 18 en relativt stor avstand fra den nedre arm 26 slik at det oppstår et spenningstap på 7,8, hhv. 7 V/m. Fig. 5c viser en anordning tilsvarende anordningen ifølge oppfinnelsen, men med den forskjell at de langsgående skinner 18a, 18b har et kvadratisk istedenfor et rektangulært tverrsnitt og ikke er tilpasset den nedre arms 26 form. Al-likevel gir denne anordning allerede en vesentlig nedsettelse av spenningstapet til 4,8 V/m. I anordningen ifølge fig. 5d er de langsgående skinner 18a, 18b anordnet parallelt med to tangenter T til den nedre arms 26 sirkelformede tverrsnitt, som skjærer hverandre i rett vinkel og anordningen ifølge fig. 5e er i tillegg en tredje langsgående skinner 18e anordnet midt i den nedre arms 26 langsgående midtplan B-B, mens de to andre langsgående skinner 18a, 18b på tilsvarende måte som på fig. 5d er anordnet symmetrisk til det langsgående midtplan og også parallelt med to i rett vinkel kryssende tangenter til den nedre arms 26 sirkelformede tverrsnitt. Fig. 5d og 5e viser at en nedsettelse av spenningstapet til 2,9 hhv. 2,6 V/m kan oppnås. Med den på fig. 2 viste utførelse oppnås et spenningstap som ligger i samme størrels-esorden som spenningstapet ifølge fig. 5d.

De i snittet B-B på fig. 2 viste boringer i de langsgående skinner 18a, 18b og i den nedre arm 26 er deler av et her ikke nærmere beskrevet kjølevannskretsløp for elektroderullene 8, 10, tilleggsrullen 48 og pendelrullehodet 20.

Claims (11)

1. Motstandssømsveisemaskin, især for sveising av langsgående sømmer på boksender (4), med en sveisetransfor-mator (14) og med en av frem- og returledning bestående sekun-dærsløyfe (16) med et pendelrullehode (20) i hvilket en pendelarm (24) som bærer en øvre elektroderull (8), er dreibart opplagret, med en nedre arm (26) som bærer en nedre elektroderull (10), med en første strømskinne (18) som fører fra sveisetransf ormatoren (14) til pendelrullehodet (20) og med en andre strømskinne (28) som fører fra sveisetransformatoren (14) til den nedre arm (26), KARAKTERISERT VED at frem- og returledningen i sekundærsløyfens (16) område mellom sveisetrans f ormatoren (14) pendelrullehode (20) er utformet som parallelle ledninger og i pendelrullehodets (20) området er utformet som koaksial ledning.

2. Maskin ifølge krav 1, KARAKTERISERT VED at den første strømskinne (18) og pendelrullehodet (20) omslutter pendelarmen (24) over dennes hele lengde.

3. Maskin ifølge krav 1-2, KARAKTERISERT VED at den første strømskinne (18) og pendelrullehodet (20) ved hjelp av strømbånd (22) er forbundet elektrisk ledende over hele pendelarmens (24) omkrets.

4. Maskin ifølge krav 1-3, KARAKTERISERT VED at den første strømskinne (18) i hele den del (18c) som omslutter pendelarmen (24), har et U-formet tverrsnitt hvis åpne ende er lukket.

5. Maskin ifølge krav 1-4, KARAKTERISERT VED at de to strømskinner (18, 28) i området mellom den nedre arm (26) og sveisetransformatoren (14) har et plant, bredt rektangulært tverrsnitt og med ved siden av hverandre horisontalt anordnede, brede tverrsnittssider og i tilslutning dertil er ført vertikalt inn i sveisetransformatoren (14), og at den gjensidige avstand mellom strømskinnenes (18, 28) vertikalt anordnede deler (18", 28") er lik den gjensidige avstand mellom strøm-skinnenes horisontalt anordnede deler.

6. Maskin ifølge krav 1-5, KARAKTERISERT VED at den nedre arm (26) har et sirkelformet, øverst og nederst plant tverrsnitt, og at den første strømskinne (18) i den nedre arms (26) område er oppdelt i flere langsgående skinner (18a, 18b) som er anordnet på en omkring den nedre arm (26) konsentrisk sirkel i liten avstand fra den nedre arm (26), og er ført sammen til den første strømskinne (18) før den nedre elektroderull (10).

7. Maskin ifølge krav 6, KARAKTERISERT VED at den første strømskinne (18) er oppdelt i minst to langsgående skinner (18a, 18b) som er anordnet symmetrisk i forhold til den nedre arms (26) vertikale langsgående midtplan.

8. Maskin ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at de langsgående skinner (18a, 18b) er anordnet parallelt med en av den nedre arms (26) plane tverrsnittss ider.

9. Maskin ifølge krav 8, KARAKTERISERT VED at de langsgående skinners (18a, 18b) tverrsnittsform på den side som vender mot den nedre arm (26), er tilpasset dennes tverrsnittsform.

10. Maskin ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at de langsgående skinner (18a, 18b) er anordnet parallelt med to i rett vinkel til hverandre kryssende tangenter (T) til den nedre arms (26) sirkelformede tverrsnitt.

11. Maskin ifølge krav 7, KARAKTERISERT VED at den første strømskinne (18) er oppdelt i tre langsgående skinner (18a, 18b, 18e) hvorav den ene er anordnet i midten av den nedre arms (26) vertikale langsgående midtplan og de to andre er anordnet symmetrisk til dette plan og parallelt med to i rett vinkel kryssende tangenter (T) til den nedre arms (26) sirkelformede tverrsnitt.