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Verfahren und Vorrichtung zum Aufschweißen von metallischen Stiften
mit Hilfe des Lichtbogens Die Erfindung betrifft das Aufschweißen von metallischen
Stiften, Schrauben od,. dgl. auf ein Werkstück, z. B. auf Metallplatten, Röhren
usw., mit dem Lichtbogen, wobei der Stift selbst als Elektrode dient, und hat ein
besonders vorteilhaftes Verfahren nebst Urrichtung zur Ausführung desselben zum
Gegenstand, daß sich nicht nur durch Einfachheit, Zuverlässigkeit und Zweckmäßigkeit
auszeichnet, sondern darüber hinaus noch den Vorzug hat, daß die zur Durchführung
des Verfahrens erforderlichen Mittel trotz ihrer Handlichkeit einem robusten Betr.iteb
in jeder Beziehung vollauf Rechnung tragen.
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Dieser Erfolg wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Zurückziehen
des Schweißs,biftes zur Bildung des Lichtbogens und das Wiedervorstoßen und Aufdrücken
des Stiftes in das Schmelzbad durch die kinetische Energie eines Asynchronmotors
erzielt wird, und zwar derart, daß das Zurückziehen und das Wiedervorstoßen des
Stiftes durch Umpolen des Asynchronmotors bewirkt wird, wobei, als zeitbestimmende
Elemente für den Schweißvorgang Schaltrelais Verwendung finden, die von Synchronmotoren
gesteuert werden.
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Es ist bereits bekannt, das Zurückziehen, des Stiftes zur Erzeugung
des Lichtbogens durch die elektromagnetische Kraft eines Solenoides unter gleichzeitigem
Aufladen eines Kraftspeichers in Gestalt beispielsweise einer Spiralfeder zu bewirken.
Auch ist vorgeschlagen worden, zum Aufdrücken
des Stiftes auf das
Werkstück hydraulische, mechanische oder elektromagnetische Vorrichtungen zu verwenden.
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Alle diese Mittel haben aber den Nachteil, daß sie einen großen baulichen
Aufwand erfordern und deshalb zu unhandlichen Geräten führen, wenn genügend hohe
Kräfte auf den anzuschweißenden Stift aufgebracht werden müssen, wie es der Fall
ist, wenn Stifte aus weniger reinem Material verschweißt werden .sollen.
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Weiterhin ist es bekannt, den zeitlichen Ablauf des Schweißvorganges
durch Elektronengeräte oder Kondensatoren zu steuern.
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Diese Steuerungen hatten aber wiederum den Nachteil, daß sie bei rauhen
Betriebsbedingungen, besonders auf Baustellen, oft störanfällig waren, da schon
geringe Temperaturunterschiede die Schweißzeiten ungünstig beeinflußten. Auch waren
zur Wartung und Beseitigung etwa auftretender Fehler geschulte Spezialkräfte erforderlich.
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Mit der Erfindung werden alle diese Nachteile und Schwierigkeiten
vermieden und ein außerordentlich handliches Gerät geschaffen. Gegenüber den mit
Solenoiden ausgerüsteten Geräten hat die Erfindung den Vorteil, daß für das Aufdrücken
des anzuschweißenden Stiftes die große kinetische Energie eines Asynchronmotors
ausgenutzt wird. Hierdurch wird es ermöglicht, auch mit einem Handschweißgerät kleinerer
Abmessungen verhältnismäßig große Anpreßdrücke auf den anzuschweißenden Stift zu
erzeugen, so d'aß Verunreinigungen aus dem Schmelzbad herausgeschleudert werden.
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Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht aber auch darin, daß der
Anpneßdruck des Stiftes nicht durch das Erlahmen von Anpreßfedern beeinträchtigt
werden kann.
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Die Lebensdauer des Asynchronmotors in dem Schweißgerät nach -der
Erfindung ist praktisch unbegrenzt. Der mechanische Widerstand beim Eintauchen des
Stiftes in das Schmelzbad wird zum Teil von der elektromagnetischen Richtkraft des
Stators des Asynchronmotors aufgenommen.
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Das Steuergerät, welches als zeitbestimmende Elemente Synchronmotore
vorsieht, arbeitet auch bei rauhen Betriebsverhältnissen einwandfrei und hat eine
erheblich längere Lebensdauer als Elektronenröhren. Außerdem erfordert seine Wartung
keine Spezialkräfte.
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Die Luftschütze zur Schaltung des Schweißstromes und die Schaltrelais
zur Steuerung der Schweißzeit sind in dem Steuergerät gemäß einer Weiterbildung
der Erfindung besonders günstig angeordnet, in dem die Bewegungsrichtung der Luftschütze
senkrecht zu der der Schaltrelais verläuft. Dadurch wird vermieden, daß bei der
Betätigung der Luftschütze durch die auftretenden, mechanischen Erschütterungen
die Schaltrelais zum Flattern oder Abschalten gebracht werden.
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Die Erfindung wird an Hand -der Zeichnung näher erläutert, und zwar
zeigt Fig. i das Schaltschema der Steuereinrichtung gemäß der Erfindung und Fig.
2 ein zur Ausführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ausgestaltetes Schweißgerät
in Form einer Schweißpistole, jedoch ohne Schweißstift.
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In dem Schaltschema nach Fig. i sind mit i, 2 und 3 die zeitbestimmenden
Elemente bezeichnet, von denen jedes aus einem Schaltrelais mit Synchronmotor besteht.
Mit q. und 5 sind die Luftschütze zur Schaltung des Schweißstromes und mit 6 ein
zwischengeschalteter Widerstand bezeichnet. Weitere Hilfsschütze für die Spannung
von 22o Volt sind bei 7, 9 und io vorgesehen, während mit 8 noch ein Hilfsschütz
für die Spannung von q.:2 "Volt bezeichnet ist, die von dem Transformator i i als
Sekundärspannung geliefert wird.
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Das Schaltschema enthält weiterhin noch den Schweißumformer 12 sowie
den Schalter 13, um das Schweißgerät 25 (Fig. 2) an das elektrische Stromnetz anzuschließen.
Zum Schließen des Steuerstromkreises dient die Drucktaste 1q..
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Das Schweißgerät 25 besteht aus folgenden Teilen (Fig. 2) In dem erweiterten
Teil der Pistole ist ein Asynchronmotor 15 für Rechts- und Linkslauf eingebaut,
dessen Antriebswelle 28 den auf der oberen Seite des Motors angeordneten Kommutator
29 trägt, wobei die Bürsten 3o, 31 zur ibertragung des Antriebsstromes dienen. Auf
der entgegengesetzten Seite. des Motors 15 ist die Antriebswelle 28 durch einen
gehärteten Körper 16 verlängert, der auf seinem zylindrischen Teil zwei eingefräste
Schraubengänge 17 für die Kugeln 18 für Vor- und Rücklauf aufweist..
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Der Körper 16 ist mit der Welle 28 fest verbunden und mit,einer Verlängerung
versehen, die in der Büchse i9 ihre Führung hat. Beim Drehen des Motors werden die
Kugeln 18 mit nach oben gezogen oder nach unten gedrückt. Die genannten Kugeln sind
in einer Büchse i9 gebettet, die gegen Verdrehung gesichert ist. Die Büchse i9 wird
demnach je nach Drehrichtung des Motors mit hochgehoben oder heruntergedrückt.
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Mit 2o ist eine Druckfeder bezeichnet, die an ihrem einen Ende an
einer Schulter der beweglich in dien schmäleren Teil der Pistole eingesetzten Büchse
21, an ihrem anderen Ende auf dem Flansch 32 abgestützt ist. Diese Feder dient zurDämpfung
der Rückzugsbewegung des Schweißstiftes.
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Mit 23 ist .eine obere und mit 2q. eine untere Begrenzungsplatte bezeichnet,
von denen die. obere 23 fest eingebaut ist. Die Platte 24 dient zum Anschrauben
des in der Zeichnung nicht dargestellten Elektrodenhalters und ist mit Gewinde in
die Halterung 22 eingeschraubt.
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Die Büchse i9 mit Flansch 26 dient zur Begrenzung der Ein- und Ausfahrmöglichkeiten
des Schweißstiftes - ebenfalls in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Bei der Schweißpistole ist gemäß der weiteren Ausgestaltung der- Erfindung
als Schweißstrom nicht nur Gleichstrom, sondern auch Wechselstrom verwendbar. Im
Gegensatz zum Gleichstrom ist es jedoch bei der Verwendung von Wechselstrom nicht
möglich,
mit nackter Elektrode, also dem Schweißstift, einen stabilen Lichtbogen zu erzeugen.
Es wird daher bei der Verwendung von Wechselstrom als Schweißstrom vorgeschlagen,
in bekannter Weise diesen Wechselstrom mit Gleichstrom zu überlagern. Mit dieser
wird erreicht, daß ein konstanter Lichtbogen erzeugt werden kann, der als Träger
für den fließenden Schweiß-Wechselstrom dient. Die Überlagerung kann in bekannter
Weise dadurch erzielt werden, däß in dem Schweißstromkreis parallel zum Transformator
sekundärseitig .eine Seelenzelle eingebaut ist. Der Wechselstrom, der durch die
Selenzelle geht, wird @in Gleichstrom umgewandelt und dient als Überlagerungsgleichstrom
zum Zünden und Aufrechterhalten des Lichtbogens für den Wechselstrom-Schweißstrom.
Die Spannungen der beiden Ströme sind hierbei aufeinander abzustimmen.
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Die Betriebsweise des Steuergerätes ist folgende: Zur Inbetriebnahme
des Steuergerätes wird der Hebel 13 umgelegt, so daß der Transformator i i gespeist
wird und sekundärseitig mit einer Sparr nung von 42 Volt der Strom nach Schließen
der Drucktaste 14. von der Sekundärspule über Leitung e, Erregerspule vonHilfsschütz
8, Leitung d,
Druckknopf 14 und Leitungen b und a zum Transformator
i i zurückfließt. Dadurch schließen die Kontakte des Hilfsschützes B.
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Gleichzeitig ffl eßt ein. Teil des Stromes von der Leitung d über
die Kontaktklemmen des Hilfsschützes 8 und Leitung f zum Schaltrelais i, welches
geschlossen ist, und von dort über die Leitung c und a zum Transformator.
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Außerdem fließt über die Leitung h, Umpolhilfsschütze 9 bzw. io und
Leitung g ein Strom zum Asynchronmotor 15 der Schweißpistole und von dort über a
zum Transformator. Die Hilfsschütze 9 und io sind abwechselnd in Tätigkeit, je nach
Drehrichtung des Motors.
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Durch die Tätigkeit der Erregerspuled des Hilfsschützes 8 werden gleichzeitig
von der stromführenden Leitung A über Hilfsschütz 8 dieLeitungen B und C gespeist.
Nur die Schaltr lais 2 und 3 sind steuerseitig an 220 Volt angeschlossen, während
die Synchronmotore aller drei Schaltrelais an 220 Volt .liegen.
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Beim Einschalten des Stromes laufen die drei Synchronmotoren der Steuereinrichtung
gleichzeitig an. Der Strom fließt über Hilfsschütz 8, B, C, über Erregerspule des
Luftschützes q. zur Leitung F und von dort zur Primärseite des Transformators. Der
Schweißstrom ist somit eingeschaltet und fließt von 12 über den Kontakt im Luftschütz
4. und Widerstand 6 zur Schweißpistole.
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Der Widerstand 6 reduziert dabei den Schweißstrom auf etwa 5o10/9
seiner vollen Stärke. Gleichzeitig läuft der Asynchronmotor 15 an, wie bereits oben
beschrieben, und hebt den Schweißstift vom Werkstück ab. Hierbei entsteht -der Lichtbogen.
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Wenn die Vorschweäßzeit beendet äst, rückt der Kontakt D in das Schaltrelais
3 ein. Der Strom fließt von A, B, C über D und E zur Erregerspule
des Hilfsschützes 7 und über diese zur Leitung F. Das Hilfsschütz 7 schließt. Dadurch
fließt der Strom von A über 7 zur Erregerspule des Luftschützes 5. Ohne vorgeschalteten
Widerstand bekommt nun die Schweißstelle ihre volle Stromstärke.
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Nachdem der Lichtbogen steht, schaltet im Schaltrelais 2 nach eingestellter
Zeit das Relais um. Der Hebelarm fällt zurück und gibt über die Leitung H einen
Impuls zu der Spule des Umpolhilfsschützes io. Gleichzeitig wird die Spule des Umpolhilfsschützes
9 stromlos, wobei die Kontakte herunterfallen und der Stromkreis unterbrochen wird.
Durch Schließen der Kontakte io wird der Asynchronmotor 15 in der Pistole umgepolt.
Der anzuschweißende Stift oder die Schraube wird durch die entgegengesetzte Drehrichtung
mit großer Geschwindigkeit in das flüssige Metall gedrückt.
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Nach Beendigung der eingestellten Gesamtschweißzeit bei Schaltrelais
i fallen alle Schaltrelais in ihre Ausgangsstellungen zurück.
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Zur Steuerung wird ein Kabel mit fünf Kernen verwendet, zur Schweißstromführung
ein Kabel mit einem Kern.
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Die Steuerleitung ist unterteilt in folgende Stromkreise: a) vom Transformator
über Leiter e, Hilfsschütz 8, Leiter d, Druckknopf 1q., Leiter
b
und a; b) vom Transformator über Leiter h, Umpolhilfsschütz 9 oder io, Feld
und. Anker des Motors, Leiter a; c) Leiter a, b, d, Hilfsschütz 8, Leiter
f, Schaltrelais i, Leiter c.