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Schweißvorrichtung zum Aufschweißen von Bolzen oder dergleichen
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auf ein Werkstück Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweißvorrichtung
zum Aufschweißen von mindestens eine Zündspitze aufweisenden Bolzen oder dergleichen
auf ein Werkstück, mit einem in Bezug auf das Vorrichtungsgehäuse verschiebbar gelagerten,
einen Bolzenhalter tragenden, im Entladestromkreis eines Schweißkondensators liegenden
Kolben, einem den Schweiß vorgang einleitenden Betätiqungsmechanismus, dem ein unter
der Wirkung einer Feder stehender Schlagbolzen zur Beaufschlagung des Kolbens während
des Schweißvorgangs in axialer Richtung zugeordnet ist, sowie einem das Auslösen
eines Schweißvorgangs vor dem Aufsetzen der Vorrichtung auf das Werkstück verhindernden
Steuerstromkreis.
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Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art bildet der Schlagbolzen
mit dem Kolben eine feste Baueinheit. Der Schlagbolzen-Kolben-Einheit ist eine Halteklinke
zugeordnet, die die Einheit solange entgegen der Kraft der dem Schlagbolzen zugeordneten
Feder in Vorbereitungsstellung hält, bis die Halteklinke zur Einleitung des Schweißvorgangs
über den Betätigungsmechanismus ausgelöst wird. Der vor dem Schweißvorgang in vorbestimmtem
Abstand vom Werkstück gehaltene Bolzen wird bei Auslösung der Halteklinke unter
Entspannung der dem Schlagbolzen zugeordneten Feder von der Schlagbolzen-Kolben-Einheit
beschleunigt auf das Werkstück zu bewegt. Im Augenblick des Auftreffens auf das
Werkstück wird der Schweißstromkreis geschlossen. Unter der Einwirkung des sich
im Bereich der Zündspitze des Bolzens bildenden Lichtbogens verflüssigt sich das
Metall, und es bildet sich die Schweißverbindung des Bolzens mit dem Werkstück.
Um einen bestimmten Abstand des Bolzens vom Werkstück einstellen zu können, bevor
der Schweißvorgang ausgelöst wird, sind sich parallel zur Schlagbolzen-Kolben-Einheit
vom Vorrichtungsgehäuse weg erstreckende Füße zum Aufsetzen der Vorrichtung.
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auf das Werkstück vorgesehen. Die metallische Ausbildung der Füße
und deren Einschaltung in den Steuerstromkreis sollen der Bedienungsperson vor dem
Auslösen des Schweißvorgangs ein Abfragen ermöglichen, ob der Kolben mit dem den
Bolzen tragenden Bolzenhalter in die für den Schweißvorgang geeignete Stellung übergeführt
worden ist.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung hat sich die Tatsache als nachteilig
herausgestellt, daß im Augenblick des Auslösens des Betätigungsmechanismus zwischen
dem Kolben und damit dem Bolzen einerseits und dem Werkstück andererseits die volle
Spannung des Schweißkondensators von ca. 200 V anliegt, die erst nach Berüh-
rung
des Werkstücks durch den Bolzen auf die Lichtbogenspannung von ca. 20 V abfällt.
Wird der Schweißvorgang bei Kontakt des Werkstücks durch einen der Füße, jedoch
in Schräglage der Schlagbolzen-Kolben-Einheit versehentlich ausgelöst, während eine
Person den Bolzenhalter und das Werkstück berührt, dann wirkt auf diese Person die
volle Schweißspannung ein, und es besteht Lebensgefahr.
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Wegen der hohen Spannung zwischen Bolzen und Werkstück im Augenblick
der Auslösung eines Schweißvorgangs ist die bekannte Vorrichtung auch nicht zum
Unterwasser-Bolzenschwei ßen geeignet.
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Desweiteren hat es sich wegen des einzuhaltenden Abstandes des Bolzens
zum Werkstück als nachteilig erwiesen, daß die Bolzen - wenn überhaupt - nur sehr
umständlich und zeitaufwendig auf eine ganz bestimmte Stelle des Werkstücks ausqerichtet
werden können, auf die sie aufgeschweißt werden sollen. Umständlich ist die Handhabung
der bekannten Vorrichtung weiterhin auch wegen der Notwendigkeit, nach jedem Schweißvorgang
die der Schlagbolzen-Kolben-Einheit zugeordnete Feder in gespannten Zustand überführen
zu müssen. Die dem Schlagbolzen zugeordnete Feder kann deshalb auch nicht über eine
bestimmte Stärke hinaus bemessen werden.
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Infolgedessen ist die Aufprallenergie der Schlagbolzen-Kolben-Einheit
begrenzt und der Einsatz der bekannten Vorrichtung im wesentlichen auf das Bolzenschweißen
auf Stahl beschränkt.
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Da die Füße der bekannten Vorrichtung im "Abfrage"-Steuerstromkreis
liegen und den Steuerstrom übertragen müssen, ist es erforderlich, mindestens einen
von ihnen auf elektrisch leitende Bereiche des Werkstücks aufzusetzen. Isolierende
Bereiche, beispielsweise Farb- oder Lacküberzüge müssen
vor dem
Schweißvorgang in zeitraubender Weise entfernt werden. Um einen einwandfreien Stromübergang
auch an verschmutzten Stellen zu gewährleisten, werden die Füße mit angespitzten
Enden versehen. Diese sind bei hohen Strömen, wie sie während des Schweißvorqangs
unvermeidlich auftreten, einem hohen Abbrand ausgesetzt. Es bedarf deshalb eines
besonders häufigen zeit- und materialaufwendigen Erneuerns der Füße.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Schweißvorrichtung
der eingangs genannten Art so weiter auszubilden, daß die genannten Nachteile ausgeschaltet,
insbesondere die Gefährdung der Bedienungsperson vermieden und der Einsatz der Vorrichtung
zum Schweißen beliebiger metallischer Werkstoffe, wie Aluminium und Messing möglich
sind.
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Die erfindungsgemäße SchweiSvorrichtung, bei der diese Aufgabe gelöst
ist, zeichnet sich im wesentlichen dadurch aus, daß der vom Kolben unabhängig ausgebildete,
relativ zu letzteren koaxial verschiebbar und isoliert gelagerte Schlagbolzen durch
die ihm zugeordnete Feder in Richtung weg vom Kolben beaufschlagt, im über den Kolben
nebst Bolzen und das Werkstück geführten Steuerstromkreis angeordnet und durch einen
über den Betätigungsmechanismus einschaltbaren Elektromagneten in Richtung auf den
Kolben beaufschlagbar ist.
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Da die Auslösung eines Schweißvorgangs einen Kontakt des im "Abfrage"-Steuerstromkreis
liegenden Bolzens mit dem Werkstück voraussetzt, ist jede Gefährdung der Bedienungsperson
ausgeschaltet. Letztere ist im ungünstigsten Fall bei unsachgemäßer Handhabung der
Vorrichtung nur der Lichtbogenspannung von ca 20 V ausgesetzt. Dieses Aufsetzendes
Bolzens auf das Werk-
stück vor dem Aufschweißen macht in einfachster
Weise auch eine genaue Bolzenpositionierung möglich. Außerdem können mit der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nunmehr auf einfache Weise Bolzen beliebiger Länge auf ein Werkstück
aufgeschweißt worden. In sehr vorteilhafter Weise läßt sich die erfindungsgemäße
Vorrichtung auch zum Anschweißen von Bolzen oder dergleichen an unter Wasser befindliche
Werkstücke einsetzen.
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Da die dem Schlagbolzen zugeordnete Feder bei der erfindungsgemäßen
Vorrichtung nur die Aufgabe hat, den Schlagbolzen nach jedem Schweißvorgang in die
Ausgangsposition zurückzuführen, kann sie sehr schwach dimensioniert sein. Das bei
der bekannten Vorrichtung erforderliche anstrengende und umständliche Spannen der
den Schlagbolzen und damit den Kolben beaufschlagenden, sehr stark bemessenen Feder
entfällt. Stattdessen sorgt der Elektromagnet für eine kräftige Beaufschlagung des
Kolbens und ermöglicht so den Einsatz der Vorrichtung auf für schwieriger zu schweißende
Materalien, wie Aluminium und Messing.
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Als sehr vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn in weiterer Ausgestaltung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die mit das Ausrichten des Bolzens auf das Werkstück
erleichternden Füßen ausgerüstet ist, zumindest die äußeren mit dem Werkstück in
Berührung gelangenden Enden der Füße aus elektrisch isolierendem Material bestehen
bzw. von diesem umhüllt sind. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß aus dem Spannungsabfall
im Werkstück im Umgebungsbereich des aufzuschweißenden Bolzens nicht zwischen den
Füßen hohe Ströme fließen und zu einem Abbrand der Fußenden führen können, wie dies
bei der herkömmlichen Vorrichtung zwangsläufig der Fall ist, da die Füße dort im
"Abfrage"-Steuerstromkreis liegen müssen.
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Mit Hilfe der erfindunsggemäßen Schweißvorrichtung sind im Gegensatz
zur herkömmlichen Vorrichtung auch Bolzen oder dergleichen mit mehreren Zündspitzen
auf ein Werkstück aufschweißbar. Es ist lediglich für eine einwandfreie Auflage
aller Zündspitzen auf dem Werkstück vor Auslösung des Schweißvorgangs Sorge zu tragen.
Als besonders zweckmäßig hat es sich zu diesem Zweck in weiterer vorteilhafter Ausbildung
der Vorrichtung nach der Erfindung herausgestellt, wenn der Bolzenhalter zweiteilig
ausgebildet ist und der eine Halteteil mindestens zwei Bolzenaufnahmen aufweist
und über ein Gelenk oder dergleichen mit dem anderen Halterteil verbunden ist, das
in ein mit dem Kolben verbindbares Einspannstück ausläuft. Beim Aufsetzen der Vorrichtung
auf das Werkstück erleichtert das Gelenk die Sicherstellung der erforderlichen einwandfreien
gleichzeitigen Auflage und Kontaktgabe der Bolzen oder dergleichen auf der Werkstückoberfläche.
In diesem Fall fließt der hohe Schweißstrom über das Gelenk, das entsprechend ausgebildet
und bemessen sein muß.
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Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwiesen, wenn beide Halterteile
über ein flexibles Kabel elektrisch leitend verbunden sind. In diesem Fall kann
ein einfach ausgebildetes Gelenk verwendet werden, das nicht im Hinblick auf hohe
Strombelastungen konstruiert ist.
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Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben
sich aus der folgenden Beschreibung und der Zeichnung, auf die bezüglich aller nicht
im Text beschriebenen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird.
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Fig. 1 einen Schaltplan zur Veranschaulichung des Aufbaues und der
Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung, Fig. 2 einen Schnitt durch
einen pistolenartig ausgebildeten Teil der Schweißvorrichtung, Fig. 3 eine Einzelheit
der Fig, 2, in vergrößertem Maßstab, Fig. 4 die Ausbildung eines zweiteiligen Bolzenhalters,
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Bolzenhalter nach Fig, 4, und Fig. 6 eine Draufsicht
auf einen abgewandelten Bolzenhalter für das gleichzeitige Aufschweißen von drei
Bolzen.
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Wie aus der Zeichnung ersichtlich, umfaßt die erfindungsgemäße Schweißvorrichtung
ein pistolenartig ausgebildetes und von der Bedienungsperson erfaßbares Vorrichtungsgehäuse
1 mit einem Griff 2. Ein Kolben 3 ist im Vorrichtungsgehäuse 1 axial verschiebbar
gelagert.
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Am aus dem Vorrichtungsgehäuse herausragenden Ende des Kolbens 3 ist
über eine Spannmutter 4 ein Bolzenhalter 5 festgelegt, der an seinem freien Ende
durch Anordnung mehrerer Schlitze 6 mit nachgiebigen Haltezungen 7 für das Erfassen
eines in den Bolzenhalter 5 eingesetzten Bolzens 8 versehen ist. Der Bolzen 8 ist
mit einer zentralen Zündspitze 9 zum Aufsetzen auf ein Werkstück 10 versehen.
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Zur Erleichterung des geraden Aufsetzens des Bolzens 8 auf das Werkstück
10 sind am Vorrichtungsgehäuse 1 sich parallel zur Achse des Kolbens 3 erstreckende
Füße 11 angeordnet, von denen in Fig. 2 der Einfachheit halber nur einer veranschaulicht
ist.
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Fig. 3 zeigt, daß jeder der Füße 11 an seinem äußeren mit dem Werkstück
10 in Berührung gelangenden Ende gegenüber dem Vorrichtungsgehäuse 1 elektrisch
isoliert ausgebildet ist. Dies kann im einfachsten Fall dadurch erreicht werden,
daß die Enden der Füße aus elektrisch isolierendem Material bestehen bzw. von diesem
umhüllt sind. Es ist jedoch auch möglich, wie in der Zeichnung veranschaulicht,
ein metallisches Endstück 12 mit einem zentralen Vorsprung 13 zu versehen, der mit
dem übrigen Teil des Fußes 11 über eine Isolierstoffmasse 14 in einem zentralen
Sackloch 15 festgelegt ist.
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Koaxial zum Kolben 3 ist im Vorrichtungsgehäuse 1 ein in Bezug auf
den Kolben 3 elektrisch isolierter Schlagbolzen 16 axial verschiebbar gelagert.
Auf dem dem Kolben 3 zugewandten Ende des Schlagbolzens 6 sitzt eine Muffe 17, an
der das eine Ende einer den Schlagbolzen in Richtung weg vom Kolben 3 beaufschlagenden
Feder 18 anliegt, die sich mit ihrem anderen Ende an einer Stützscheibe 19 auf dem
Kolben 3 abstützt. Der Schlagbolzen 16 durchsetzt die Wicklung eines Elektromagneten
20, der im Vorrichtungsgehäuse 1 fest angeordnet ist. Zwischen die Stützscheibe
19 und einen Ring 21 an der Stirnseite des Elektromagneten 20 ist eine Feder 23
eingeschaltet, die den Kolben 3 vom Elektromagneten 20 weg beaufschlagt.
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Im Handgriff 2 des Vorrichtungsgehäuses 1 ist ein Schalter 23 vorgesehen,
über den sich ein "Abfraqe"-Steuerstromkreis schließen und ein Schweißvorgang auf
nachstehend näher erörterte Weise auslösen läßt. An den Schalter 23 sind die beiden
Leiter 24 und 25 angeschlossen. Durch den Handgriff 2 ist ferner ein an den Kolben
3 angeschlossener, der Schweißstromzuführung dienender und entsprechend hoch- belastbarer
Leiter 26 hindurchgeführt. Ein weiterer Leiter 27 ist Bestandteil des Steuerstromkreises
und steht in elektrischer Verbindung mit dem Schlagbolzen 16. Der Wicklung des Elektromagneten
20 sind zwei weitere Leiter 28 und 29 zugeordnet. Um den Schweißstromkreis zu schließen,
ist ferner ein mit dem Werkstück 10 verbundener Leiter 30 vorgesehen.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, umfaßt die Schweißvorrichtung einen Geräteteil
31 mit Steckbuchsen A, B für den Anschluß der den Schweißstrom übertragenden Leiter
26 und 30 sowie Buchsen C bis G für den Anschluß der Leiter 24, 25 und 27 bis 29.
Im Inneren des Geräteteils 31 befindet sich eine an sich bekannte und nicht näher
veranschaulichte Gleichstromquelle 32, von der aus über einen Schalter 33 in bekannter
Weise ein Schweißkondensator 34 aufladbar ist. Die Entladung des Schweißkondensators
34 zur Durchführung eines Schweißvorgangs erfolgt durch einen Thyristor 35, der
über einen Vorwiderstand 36 und einen Kontakt 37 ansteuerbar ist, der über die Buchse
F und den Leiter 27 mit dem Schlagbolzen in Verbindung steht. Im "Abfrage"-Steuerstromkreis
einer Steuerstromquelle 38 liegt ein Steuerrelais 39 . Ein zweiter Kontakt 40 des
Steuerrelais
38 stellt die Verbindung des zum Elektromagneten 20 führenden Leiters 29 mit der
Steuerstromquelle 38 sicher.
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Aus Fig. 1 ergibt sich folgende Arbeitsweise der erfindungsgemäßen
Schweißvorrichtung: Wird der Schalter 23 angeschlossen, dann fließt, ausgehend von
der Steuerstromquelle 38 über das Steuerrelais 39 und die Leiter 25, 24, 26 und
30 ein das Relais erregender Steuerstrom, vorausgesetzt, daß der Bolzen 8 mit seiner
Zündspitze 9 in elektrischen Kontakt mit dem Werkstück 10 gebracht worden ist. Da
der eine Pol der Stromquelle 38 über die Buchse D und den Leiter 28 mit dem Elektromagneten
verbunden ist, stellt der Kontakt 40 nach Ansprechen des Steuerrelais 39 die Erregung
des Elektromagneten 20 über die Buchse E und den Leiter 29 sicher. Der Schlagkolben
16 des Elektromagneten 20 wird beschleunigt und prallt mit hoher Geschwindigkeit
auf das hintere Ende des Kolbens 3 auf.
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Im Augenblick des Berührens des Kolbens 3 durch den Schlagbolzen 16
gelangt die Steuerspannung der Steuerstromquelle 38 über den Leiter 27, die Buchse
F, den Kontakt 37 und den Vorwiderstand 36 an den Thyristor, löst dessen Zündung
und damit den eigentlichen Schweißvorgang aus.
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Um bei einem Schweißvorgang gleichzeitig zwei oder mehr Bolzen auf
dem Werkstück festzulegen, kann der Bolzenhaltr 5, wie in den Fig. 4 bis 6 veranschaulicht,
zweiteilig ausgebildet sein. Er umfaßt in diesem Fall einen Halterteil 41 mit mindestens
zwei Bolzenaufnahmen 42. Dieser Halterteil 41 ist über ein Gelenk 43 mit dem anderen
Halterteil 44 verbunden.
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Letzteres läuft in ein mit dem Kolben 3 über die Mutter 4 verbindbares
Einspannstück 45 aus. Um zu vermeiden, daß das Gelenk 43 mit Rücksicht auf die hohen
zu übertragenden Schweißströme eine Spezialausbildung erhalten muß, sind die beiden
Halterteile 41 und 44 miteinander über ein flexibles Kabel 46 elektrisch leitend
verbunden.
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Fig. 6 zeigt, daß statt zwei Bolzen 8 auch drei Bolzen gleichzeitig
angeschweißt werden können, wenn der Halterteil 41 gemäß Fig. 4 und 5 nicht in Form
eines zweiarmigen Hebels ausgebildet ist, an dessen beiden Enden die Bolzenaufnahmm
42 vorgesehen sind, sondern vielmehr in Form einer Platte, die die Gestalt eines
gleichseitigen Dreiecks besitzt. Hierbei sind die Bolzenaufnahmen 42 jeweils den
drei Ecken der Platte zugeordnet. Anstelle eines einfachen Schwenkgelenks, wie es
bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 Anwendung finden kann, wird in diesem Fall
zweckmäßigerweise ein kugelförmiges Gelenk 43 verwendet, das eine allseitige Verschwenkung
des plattenförmigen Halterteils 41 in Bezug auf den in Fig, 6 nicht veranschaulichten
anderen Halterteil zu ermöglichen. Selbstverständlich ist auch in diesem Fall zweckmäßigerweise
eine Verbindung beider Halterteile über ein Kabel vorgesehen.
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Aus dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und
2 ergibt sich, daß das Werkstück stets an einer Stelle einer etwaigen Abisolierung
zum Anschluß des Leiters 30 bedarf. Dies läßt sich in weiterer Ausbildung der Erfindung
vermeiden. Die angelegte Schweißspannung von ca 200 V fällt nämlich an den Schweißstellen
auf den Lichtbogenspannungswert von ca 20 V ab. Legt man 2 Bolzen hintereinandergeschaltet
in den Schweißstromkreis, dann kann auf einen gesonderten Masseanschluß des Werkstücks
verzichtet werden. Beide Bolzen lassen sich gleichzeitig anschweißen,und zwar unter
Ausnutzung des erwähnten Effekts, daß die Schweißspannung von etwa 200 V im Stromkreis
pro Schweißstelle um ca 180 V abfällt. Bei Batteriebetrieb können so unter erheblicher
Energieein-sparung ca doppelt so viele Schweißungen pro Batterieladflng erreicht
werden.
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Bezugszeichenaufstellung 1 Vorrichtungsgehäuse 2 Griff 3 Kolben 4
Spannmutter 5 Bolzenhalter 6 Schlitze 7 Haltezungen 8 Bolzen 9 Zündspitze 10 Werkstück
11 Füße 12 Endstück 13 Vorsprung 14 Masse 15 Sackloch 16 Schlagbolzen 17 Muffe 18
Feder 19 Stützscheibe 20 Elektromagnet 21 Ring 22 Feder 23 Schalter 24 Leiter 25
26 27 28 29 30 31 Geräteteil 32 Gleichstromquelle
33 Schalter 34
Schweißkondensator 35 Thyristor 36 Vorwiderstand 37 Kontakt 38 Steuerstromquelle
39 Steuerrelais 40 Kontakt 41 Halterteil 42 Bolzenaufnahme 43 Gelenk 44 Halterteil
45 Einspannstück 46 Kabel