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Vorrichtung zum Widerstands-Preßschweissen von Kleinbauteilen
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Widerstands-Preßschweissen
mit Wechselstrom von kleinen Bauteilen, bestehend aus einem Schweisstransformator,
in dessen Sekundär-Stroinkreis während des Schweissbetriebes unter Zwischenlage
der zu verschweissenden Werkstücke zwei sich koaxial gegenüberstehende Schweisselektroden
geschaltet sind.
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Sollen Kleinbauteile in grossen Stückzahlen miteinander verschweisst
werden, so benutzt man hierzu in bekannter Weise Schweissautomaten. Bei derartigen
Schweissautomaten werden die miteinander zu verschweissenden Werkstücke z.B. über
Schüttelrutschen, Drehteller, Zangen od. dgl. den Schweisselektroden zugeführt.
Diese Zuführungsmechanismen sind meist recht raumgreifend. Der Ort um die Schweisselektroden
ist mit einer Vielzahl von Transport-Greif- und Züstellwerkzeugen belegt. Es ist
daher erforderlich, die Strom-Zuführungsschleife zur Zuführung des Schweißstromes
zur oberen Schweisselektrode in einer weiten Schleife zu führen. Beim Wechselstrom-Widerstands-Preßschweissen
entsteht ein hoher Spannungsabfall, der durch Induktion dieser Schleife bedingt
ist. Die Möglichkeit, mit einer niedrigeren Wechselstromfrequenz als 50 Hz, zum
Beispiel mit 16 2/3 Hz zu arbeiten, kann den vorstehend genannten Nachteil nicht
grundsätzlich beheben; auch ist der Aufwand zur Frequenzumformung des Schweißstromes
beachtlich. Zur Vermeidung dieses Nachteiles ist es zwar möglich, anstelle mit Wechselstrom
mit Gleichstrom zu arbeiten. Mit Gleichstrom arbeitende Schweissgeräte sind je-
doch
ebenfalls recht aufwendig.
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Ausgehend von einer Vorrichtung der einleitend genannten Art liegt
der Erfindung die Aufgabe zugrunde, durch eine günstigere Stromführung im Sekundär-Stromkreis
des Schweisstransformators die hohen Induktionsverluste durch Fortfall der bisher
notwendig erachteten Stromzuführungsschleife zu vermeiden. Diese Aufgabe wird gemäss
der Erfindung dadurch gelöst, dass die Schweisselektrode Jeweils mit Hilfselektroden
zusammenarbeitet, derart, dass beim Schweissbetrieb eine der beiden Schweisselektroden
über die Hilfselektroden in den Sekundär-Stromkreis des Schweisstransformators geschaltet
ist. Gestaltet man die Vorrichtung in der vorbeschriebenen Art, so kann die Schweißstromschleife
für die Oberelektrode nunmehr entfallen. Die Stromzufuhr zu beiden Schweisselektroden
erfolgt nunmehr einseitig am Schweissautomaten, und zwar derart, dass der Strom
in einem Zeitintervall über die miteinander zu verschweissenden Werkstücke die Schweisselektroden
durchströmt und über die während des Schweissbetriebes miteinander kontaktierten
Hilfselektroden -oder umgekehrtzum Transformator zurtickfliesst. Die Schweisselektroden
sind vorzugsweise in den Hilfselektroden axial verschiebbar gelagert, derart, dass
die zu verschweissenden Kleinteile in eine durch die in Kontaktverbindung stehende
Hilfselektrode in einer Kammer eingeschlossen sind. Zur Erzielung eines guten Übergangswiderstandes
und damit zur Vermeidung einer hohen Erwärmung im Kontaktbereich der Hilfselektroden
ist es vorteilhaft, die Kontaktfläche im Vergleich zur Kontaktfläche der Schweisselektroden
grösser, und zwar um ein mehrfaches grösser auszubilden. Gestaltet man die Hilfselektrode
in Rohrform in der Art, dass eine die Schweisselektroden mit den Werkstücken aufnehmende
Kammer entsteht, so kann der Schweissvorgang unter Schutzgas erfolgen, wobei man
hierzu die rohrförmigen Hilfselektroden im Bereich des Schweissortes mit Bohrungen
für die Zu- und Ableitung von Schutzgas versieht. Zur Erhöhung der Kontaktfläche
der Hilfselektroden sowie zur genauen Justierung der Schweisselektroden ist es vorteilhaft,
die Kontaktfläche einer Hilfselektrode mit einem Zentrierwulst und die entsprechende
Gegen-Hilfselektrode mit einer dem Zentrierwulst formgleichen Höhlung auszubilden.
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Dadurch wird ein ständig genauer Paß sitz der Hilfs- und Schweiss-
elektroden
am Schweissort sowie ein guter Stromübergang ermöglicht bzw. gesichert.
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Anstelle von rohrförmigen Hilfselektroden können auch stempelförmige
Hilfselektroden benutzt werden, welche vorzugsweise radial-symmetrisch zu den Schweisselektroden
angeordnet sind.
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In den Zeichnungen sind als Beispiel eine gemäss der Erfindung gebildete
Vorrichtung nebst Einzelheiten hierzu sowie eine zur ersten abgewandelte Ausführungsform
dargestellt.
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Figur 1 zeigt ein aus zwei Werkstücken 1 und 2 bestehendes Kleinbauteil
3, z.B. ein Relaisgehäuse. Die Unter-Schweisselektrode 4 hält das als Gehäuse gebildete
Werkstück 1, wohingegen die obere Schweisselektrode 5 den Gehäusedeckel 2 hält und
gegen den Gehäuserand drückt. Jede der Schweisselektroden 4 und 5 ist hier von einer
rohrförmigen, aus Kontaktmaterial, wie Hartkupfer od. Silberpalladium gebildeten
Hilfselektrode 6 und 7 umgeben.
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In diesen Hilfselektroden sind die Schweisselektroden -mindestens
jedoch eine dieser- axial beweglich geführt. In der dargestellten Schweisslage stehen
die Verbindungsflächen 6' und 7t der Hilfselektroden 6 und 7 im Berührungskontakt.
Im Sekundär-Stromkreis 8, 9 eines Schweisstransformators 10 sind die Schweisselektroden
4 und 5 sowie die Hilfselektroden 6 und 7 geschaltet.
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In einem Zeitintervall fliesst somit der Strom in Richtung der Pfeile
11 durch die Schweiss- und Hilfselektroden. Wie ersichtlich, liegt bei einer Trennung
der oberen Schweisselektrode 5 und der Hilfselektrode 7 von den jeweiligen Unter-Elektroden
der obere Schweisskopf nicht an der Spannung des Schweisstransformators. Die obere
Schweisselektrode 5 und seine Hilfselektrode 7 sind in der Art einer Strombrücke
geschaltet. Bedingt dadurch, dass die aus Hartkupfer oder Silberpalladium bestehenden
Kontaktierungsflächen 6' und 7' der Hilfselektroden auch im Verhältnis zur Schweissfläche
des Werkstückes wesentlich grösser sind, ist ihr Übergangswiderstand vergleichsweise
gering, so dass die Erwärmung nur im Bereich der Schweissflächen der miteinander
zu verschweissenden Bauteile erfolgt.
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Eine Ausführungsform der Erfindung ist in den Figuren 2 und 3
dargestellt.
Auf dem Arbeitstisch eines Schweissautomaten werden zwei nahezu gleichartige miteinander
zu verschweissende Gehäuseteile 1 und 2 in -hier nur gestrichelt dargestellten-Werkstück-Zuführungen
12, 13 den Schweisselektroden zugeführt.
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Sie werden von Zustellzangen 14, 15 erfasst und deckungsgleich aufeinandergelegt
und sodann in einem nachfolgenden Arbeitsgang miteinander verschweisst.
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Die miteinander zu einem Bauteil verschweissten Werkstücke werden
durch die Oberzange 15 erfasst und in eine Bauteil-Führung 16 eingeschoben. Durch
diese Zuführungsorgane, nämlich durch die Werkstück- und Bauteil-Führungen 12, 13
und 16, die Manipulatoren, wie Zangen nebst ihren zugehörigen Antriebsmechanismen
belegen den Raum eng benachbart von den Schweisselektroden. ueber der unteren Schweisselektrode
4 ist die in der Hilfselektrode 7 gleitbeweglich angeordnete obere Schweisselektrode
5 gehalten.
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Mittels einer hier nicht dargestellten Hubmechanik wird die Hilfselektrode
mit der darin geführten Schweisselektrode in Richtung des Pfeiles 17 bis zur Flächenberührung
gegen die Hilfselektrode 6 gesenkt. Sodann werden die Schweisselektroden, nämlich
die untere Schweisselektrode in Richtung des Pfeiles 18, sowie die obere Schweisselektrode
5 in Richtung des Pfeiles 17 gegeneinander gepresst, wobei sie die miteinander zu
verschwei-Benden Flächen der Bauteile in ihrem Randzonenbereich fest gegeneinander
drücken. Es erfolgt nunmehr die Auslösung des Schweißstromes. Nach erfolgtem Schweissvorgang
werden die vorgenannten Elektroden in die dargestellte Lage zurückgestellt.
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Wie ersichtlich, sind die Schweisselektroden jeweils von einer isolierenden
Buchse 20 umgeben und innerhalb ihrer Hilfselektroden geführt. Kontaktstücke 21
sind mit den jeweiligen Führungskörpernder Schweisselektroden verbunden. Wie aus
Figur 3 hervorgeht, ist eine der Schweisselektroden -hier die obere Schweisselektrode
5- über mit Klemmen 23 versehene Stromkabel 22 in der Art einer Strombrücke mit
der Hilfselektrode 7 verbunden.
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Im Gegensatz hierzu ist die untere Hilfselektrode 6 über eine Widerlagerplatte
24 mit einem Ausgang 8 des Schweisstransformators 10 verbunden. Die Widerlagerplatte
24 ist mittels einer Isolierplatte 25 gegen eine mit dem anderen Ausgang 9 des Schweisstransformators
in Verbindung stehenden Stützplatte 32 gehalten.
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Diese Stützplatte steht mit mit Kontaktstücken 21 versehenen Kabeln
11 in Verbindung. Die Kontaktstücke sind mit der Schweisselektrode 4 fest verbunden;
sie folgen daher der Bewegung der Schweisselektroden.
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Wie weiter aus Figur 4 zu ersehen ist; ist hier die obere Hilfselektrode
7 mit einem Zentrierwulst 27 versehen. Eine der Form des Zentrierwulstes entsprechende
Ausnehmung 28 befindet sich in der unteren Hilfselektrode 6. Durch diese konstruktive
Massnahme soll einerseits die Zentrierung der Schweisselektrode 5 gegenüber der
Unterelektrode 4 gewährleistet werden. Andererseits dient der Zentrierwulst dazu,
die Kontaktflächen zwischen der oberen und unteren Hilfselektrode zu vergrössern;
eine weitere Aufgabe dieses Zentrierwulstes ist es, den durch die Hilfselektroden
gekapselten Ringraum benachbart von den Schweisselektroden 4 und 5 möglichst dicht
abzukapseln; man erhält so einen vergleichsweise dichten Ringraum, in den ein Schutzgas,
z.B. durch die Bohrung 29 einspeisbar und durch die Bohrung 30 ableitbar ist.
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Figur 5 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Vorrichtung, wobei
hier die Hilfselektroden 6 und 7 radial symmetrisch von den Schweisselektroden 4,
5 angeordnet sind. Die Hilfselektroden können in Form von zylindrischen Körpern
gebildet sein, wobei lediglich zu beachten ist, dass ihre Berührungsflächen bzw.
Kontaktflächen 6', 7' in ihrer Gesamtheit um ein mehrfaches grösser sind, als die
Schweissflächen der miteinander zu verbindenden Werkstücke 1 und 2.
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Gemäss Figur 6 ist zur Minderung des Übergangswiderstandes zwischen
den Berührungsflächen der koaxial gegenüberstehenden Hilfselektroden 6 und 7 mindestens
eine der Hilfselektroden 7 an ihren Stirnflächen 7' mit federnden Kontaktelementen
33 versehen. Das Kontaktelement ist hier in die Hilfselektrode 7 eingeschraubt und
in der Art eines Steckerstiftes 34 gebildet. In der Stirnfläche 6' der gegenüberstehenden
Hilfselektrode 6 ist eine den Steckerstift eng aufnehmende Bohrung 35 eingebracht.
Eine mit der Stecker-Aufnahmebohrung 35 in Verbindung stehende, quer durch die Hilfselektrode
6 geführte Bohrung 36 dient lediglich zur Entfernung von möglicherweise während
des Betriebes in die
Stecker-Aufnahmebohrung fallender Verunreinigungen.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, anstelle der hier dargestellten
zwei Paar Hilfselektroden um jede der Schweisselektroden mehrere Hilfselektroden
anzuordnen, derart, dass sie die Schweisselektroden achsparallel, z.B. kronenförmig
umgeben. Wesentlich ist, dass eine der Schweisselektroden, z.B. 5, während ihrer
Zustellbewegung zur anderen Schweisselektrode 4 unabhängig von den Stromzuführungskabeln
8, 9 des Schweisstransformators 10 ist.
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11 Patentansprüche 6 Figuren
L e e r s e i t e