DE1108351B

DE1108351B - Vorrichtung zur Schweissung mit koaxialer Stromzufuehrung bei Widerstands-Schweissmaschinen fuer Kondensatorschweissung mit sehr kurzen und steilen Impulsen

Info

Publication number: DE1108351B
Application number: DEF30053A
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1959-12-11
Filing date: 1959-12-11
Publication date: 1961-06-08
Also published as: BE595698A

Description

Vorrichtung zur Schweißung mit koaxialer Stromzuführung bei Widerstands-Schweißmaschinen für Kondensatorschweißung mit sehr kurzen und steilen Impulsen Gegenstand des Hauptpatents 967 893 ist eine Widerstands-Schweißmaschine für Kondensatorschweißung mit sehr kurzen und steilen Impulsen für Doppel- bzw. Mehrfach-Punkt- oder -Nahtschweißung, bei welcher nahezu eisenfreie Transformatoren extrem fester Kopplung verwendet werden, alle Schweißelektroden und ihre Zu- und Ableitungen auf der einen Seite des Werkstückes liegen und zur Kleinhaltung der Induktivität und zur Erzeugung eines Minimums an Streufluß die Zu- und Ableitungen so angeordnet und bemessen sind, daß sie ein Minimum des Werkstückes umfassen und außerdem die Induktivität der gesamten Sekundäranordnung einschließlich des Schweißgutes unterhalb von 0,1 uH liegt, indem die Zuleitungen der Schweißelektroden und der gemeinsamen Gegenelektroden als Flachkupferstreifen ausgebildet und die Schweißelektroden bei einem gegenseitigen Abstand von 0,3 bis 1 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 Elektrodenband befestigt ist. Zweckmäßig ist es hierbei, mehrere Elektrodensätze in verschiedenen Anordnungen hintereinander auf demselben Bandpaar anzuordnen derart, daß durch Wahl der Auflagestelle der rückwärtigen Elektrode eine verschiedene oder in verschiedenem Abstand liegende Schweißpunktanordnung erzielt wird.
Bekanntlich liegen die Vorteile des Impulsschweißens darin, daß sekundärseitig leicht Stromdichten von 100 000 AIcm2 und mehr erreicht werden, wobei der Stromfluß bereits nach einer Dauer von 2 - l0-3 bis 2 - 10-2 Sekunden abgeklungen ist. Trotz dieser Vorteile blieb das Impulsschweißverfahren auf wenige geeignete kleine Werkstücke anwendbar. Erst durch die im Hauptpatent beschriebenen Maßnahmen konnte das Verfahren auch auf größere Werkstücke ausgedehnt werden. Obgleich der Anwendungsbereich dermaßen erweitert worden war, hat es sich herausgestellt, daß das Verfahren nicht ohne weiteres allgemein angewendet werden kann. So war es z. B. nicht möglich, Armaturen auf dünne Bleche aufzuschweißen, und schon gar nicht, wenn diese dünnen Bleche mit einer einseitigen Schutzschicht oder einem Lack versehen waren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, durch Verbesserung der Vorrichtung nach Patent 967 893 auch diese und ähnliche Anwendungsbereiche dem Impulsschweißverfahren zu erschließen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, daß in bekannter Weise die beiden Schweißelektroden koaxial angeordnet und vorzugsweise vollständig oder teilweise zylindrisch ausgebildet sind. Die Innenelektrode, mit lösbarer Verbindung zwischen Elektrodenschaft und Vorschubmechanismus, ist bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung mit einem konischen Unterteil versehen, in dem ebenfalls ein außen konischer und innen zylindrischer Hilfselektrodenschaft angeordnet ist, der seinerseits geschlitzt ist, derart, daß durch Andruck der Innenelektrode der spanmangenartige Bund des Schaftes an das vorher fertig bearbeitete Werkstück fest zylindrisch angepreßt wird. In an sich bekannter Weise kommt hierbei vorzugsweise infolge Zwischenschaltung entsprechender elastischerAndruckelemente zwischen Außen- und Innenelektrode eine gemeinsame Andruckskraft derart zur Auswirkung, daß bei Erreichen eines Teildruckes der Schweißstrom eingeschaltet wird und anschließend bei weiter wachsendem Druck gleichfalls ansteigt, vorzugsweise derart, daß die Maxima der Stromstärke und des Andruckes gleichzeitig erreicht werden.
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele der koaxialen Elektroden nach der Erfindung im Schnitt dargestellt.
Nach Fig. 1 soll eine Schraube 3 mit ihrem Kopf an der Schweißnaht 4 auf das dünne Blech 1, das unter Umständen mit einer isolierenden rückseitigen Schicht 2, z: B. einer Kunststoffplattierung oder sonstigen Lackierung, versehen sein kann, angeschweißt werden. Die nach der Erfindung hierfür geeignete Elektrode besteht aus der inneren zylindrischen Elektrode 5, die über den oberen Bandleiter 6 in der ebenfalls zylindrisch ausgebildeten Außenelektrode 10 gelagert ist. Diese äußere Elektrode - in diesem Falle die Kontaktelektrode -berührt das Blech 1 in der Kontaktfläche 11 und wird vom unteren Bandleiter 9 gehalten. Beide Bandleiter sind mit den Polen des Impulsschweißtransformators verbunden. Der Anpreßdruck für die innere Schweißelektrode 5 wird von einer in Pfeilrichtung wirkenden Kraft 8 geliefert und von einem z. B. zylindrisch ausgebildeten Bolzen über eine gummielastische Federung 7 auf die Innenelektrode 5 übertragen. Die äußere (Kontakt-) Elektrode 10 wird ebenfalls über ein Andruckorgan bei zwischengeschalteter, gleichfalls gumnüelastischer Federung 12 und 12a von der gemeinsamen Kraft 8 oder von einer separaten Kraft 8 a mit der erforderlichen Andruckkraft versorgt.
Das Andruckorgan selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung, da hinreichend geeignete Ausführungen bekannt sind. In der Zeichnung besteht dieses z. B. aus zwei ineinander verschiebbaren Hohlzylindern. Wichtig hierbei ist, daß in bekannter Weise bei der Bemessung der Elektroden die Abmessung der Auflagefläche 11 wesentlich größer ist als der Schweißquerschnitt 4, so daß es an der Kontaktfläche 11 nicht zu Schweißerscheinungen kommt, sondern die Schweißung nur an der Auflage des Werkstückes 3 gegenüber dem Blech 1 bewirkt wird. Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung stellt den einfachsten Fall des Erfindungsgegenstandes dar.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, das besonders dann angewandt wird, wenn z. B. vorher fertig bearbeitete Wellen im Inneren von Töpfen od. dgl. angeschweißt werden sollen. In der Fig. 2 bedeuten 1 und 1 a einen aus dünnem Blech bestehenden Topf, an den der geschliffene Bolzen 16 an der Schweißfläche 4 angeschweißt wird. Hier ist die topfförmig ausgebildete Innenelektrode 5 innen mit einer konischen Fläche 13 versehen. In die Elektrode 5 ragt ein zylinderförmiger, unten mit einem konischen Bund versehener Hilfselektrodenschaft 14 hinein, und zwar so, daß die konische Außenfläche 15 des Einsatzes 14 der konischen Innenfläche 13 der Innenelektrode 5 eng anliegt. Diese Berührungsstellen 13 und 15 sind zweckmäßig hartverchromt, stark versilbert oder auch poliert. Der Einsatz 14 ist geschlitzt.
Wenn es sich darum handelt, ein Werkstück, z. B. eine polierte Welle 16, so zu umfassen, daß keine Einbrandstellen an der Außenfläche der Welle 16 erzeugt werden, so werden auch die Innenflächen des Einsatzes 14 sehr glatt ausgeführt. Beim Anpressen der Innenelektrode 5 drückt diese zunächst auf die konische Berührungsfläche 15 und damit den geschlitzten Hilfselektrodenschaft 14 an das Werkstück 16, so daß es an der Berührungsstelle 4 zwischen Werkstück 16 und Blech 1 zu einer satten Schweißung kommt. Die übrigen Bezeichnungen entsprechen denen der Fig. 1.
Durch die in Fig. 1 dargestellten Formen gelingt es, ein Minimum an Streufluß zu erzielen, es kann sogar so weit kommen, daß der Streufluß Null wird, denn die Bandleiter 6 und 9 erzeugen kein äußeres Streufeld, ebensowenig die beiden koaxialen Elektroden 5 und 10. Deshalb läßt sich die Erfindung vorzugsweise in allen solchen Fällen benutzen, bei denen ein dünnes Blech mit Armaturen versehen werden soll, ohne daß seine isolierende und wärmeempfindliche Rückseite durch Wärme zersetzt wird. 3e nach Art des Rückseitenbelages können verschieden hohe Temperaturen zugelassen sein. Dies kann dadurch berücksichtigt werden, daß durch geeignete Formgebung der Elektroden, unter Beibehaltung des koaxialen Prinzips, die Größe des Streuflusses variiert wird. So kann z. B. die Temperatur bei Aluminium höher sein, wenn es sich darum handelt, beim Aufschweißen von Armaturen auf Aluminiumplatten eine oberflächliche Eloxalschicht oder eine sonstige Oberflächenbelegung des Aluminiums thermisch nicht zu beschädigen. In diesem Falle werden dann nicht runde, sondern z. B. viereckige Elektrodenpaare, die schachtelförmig ineinanderstehen, angewendet. Hilfsweise kann auch die Rückseite mit einer Kühlvorrichtung versehen werden, z. B. mit einer dickeren Kupferplatte oder mit einem wassergekühlten, hydraulisch angepreßten Gummikissen. Es können andererseits aber auch die Impulse so kurz gemacht und die umgesetzte Energie so klein gehalten werden, daß nur die Mikrozone (z. B. 0,1 mm tief) verschweißt wird, derart, daß die entwickelte Wärmemenge im Schweißpunkt nicht ausreicht, um die Rückseite unzulässig aufzuheizen.
Bei größeren Schweißobjekten braucht auch bei der Impulsschweißung der Strom eine gewisse Abstiegszeit, für einen Maximalbetrag von 100 000 A z. B. eine Größenordnung von 10 ms, da die naturgegebenen Induktivitäten von Transformatoren zu überwinden sind und ein beliebig schneller Stromanstieg nicht möglich ist. In solchen Fällen ist es ratsam, bereits bei einem kleinen Bruchteil des Anpreßdruckes die Schweißung auszulösen, so daß der Strom zunehmend mit dem Druck ansteigt. Dadurch wird bewirkt, daß bei jedem Strom ein für ihn optimaler Druck herrscht. Würde man dagegen erst bei Anliegen des vollen Druckes die Schweißung auslösen, so würde das dazu führen, daß zwischen den beiden Werkstücken ein außerordentlich kleiner LUbergangswiderstand herrscht, mit dem Effekt, daß infolge dieses kleinen Widerstandes mitunter kaum eine Schweißerwärmung stattfindet und es zu keiner guten oder gar keiner Schweißung kommen kann. Deshalb ist es zweckmäßig, bereits in dem Augenblick, in dem die Werkstücke nur lose aufeinanderliegen, den Schweißstrom einsetzen zu lassen, um schon dann die erste Spur des Schmelzbades zu erzeugen. Im weiteren Verlauf der Schweißung wächst das Schmelzbad an unter zunehmendem Strom bei gleichzeitigem entsprechendem Druckanstieg, so daß die Maxima des Anpreßdruckes und des Stromes zusammenfallen.
Neben den bereits beschriebenen Anwendungsgebieten kann die Vorrichtung nach der Erfindung auch besonders dort eingesetzt werden, wo flächige Werkstücke mit Bolzenwinkeln oder sonstigen Armaturen einseitig zu versehen sind und die Werkstoffrückseite nicht zugänglich ist. Insbesondere kommen hierfür unter anderem Aluminiumplatten in Frage, die mit Haltewinkeln für Außenbekleidungen an Gebäuden in zunehmendem Umfang als Wärmeschutzisolation Verwendung finden. Wie aus dem Vorstehenden ersichtlich, wird der Anwendungsbereich der an sich rationellen Impulsschweißung nach dem Hauptpatent durch Verbesserung der dort offenbarten Vorrichtung durch den Gegenstand der Erfindung noch wesentlich erweitert, und sie kann nun auch dort eingesetzt werden, wo es bisher nicht möglich war.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Widerstands-Schweißmaschine für Kondensatorschweißung mit sehr kurzen und steilen Impulsen für Doppel- bzw. Mehrfach-Punkt- oder -Nahtschweißung, bei welcher nahezu eisenfreie Transformatoren extrem fester Kopplung verwendet werden, alle Schweißelektroden und ihre Zu- und Ableitungen auf der einen Seite des Werkstückes liegen und zur Kleinhaltung der Induktivität und zur Erzeugung eines Minimums an Streufluß die Zu- und Ableitungen so angeordnet und bemessen sind, daß sie ein Minimum des Werkstückes umfassen und außerdem die Induktivität der gesamten Sekundäranordnung einschließlich des Schweißgutes unterhalb von 0,1 #tH liegt, nach Patent 967 893, dadurch gekennzeichnet, daß in bekannter Weise die beiden Elektroden (5 und 10) koaxial angeordnet und vorzugsweise vollständig oder teilweise zylindrisch ausgebildet sind.
2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 mit lösbarer Verbindung zwischen einem Elektrodenschaft und dem Vorschubmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß die Innenelektrode (5) mit einem konischen Unterteil (13) versehen ist, in dem ein außen konischer und innen zylindrischer Hilfselektrodenschaft (14) angeordnet ist, der seinerseits geschlitzt ist derart, daß durch Andruck der Innenelektrode (5) der spannzangenförmige Bund (15) des Schaftes (14) an das vorher fertig bearbeitete Werkstück (1) angepreßt wird.
3. Schweißvorrichtung nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise infolge Zwischenschaltung entsprechender mechanischer elastischer Andruckelemente (7, 12, 12a) zwischen Außen- (10) und Innenelektrode (5) eine gemeinsame Andruckkraft (8) derart zur Auswirkung kommt, daß bei Erreichen eines Teildruckes der Schweißstrom eingeschaltet wird und anschließend bei weiter wachsendem Druck gleichfalls ansteigt, vorzugsweise derart, daß die Maxima der Stromstärke und des Andruckes gleichzeitig erreicht werden. In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2 045 523, 2 817 001.