Verfahren zum Widerstandspunktschweissen und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Das Patent betrifft ein Verfahren zum Wider standspunktschweissen und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Die nach dem Verfahren bzw. mit der Vorrich tung hergestellten Schweisspunkte können sowohl kreisförmig oder annähernd kreisförmig als auch an ders geformt sein, z. B. langgestreckt oder ringförmig.
Der Zweck des erfindungsgemässen Verfahrens und der erfindungsgemässen Vorrichtung besteht darin, eine nennenswerte Erwärmung der Elektroden und der Umgebung der Schweissstelle zu vermeiden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Schweissstelle mittels eines trans formierten Kondensatorentladungsstromstosses erhitzt wird, dessen Dauer höchstens gleich der Zeit ist, während welcher die Verschmelzung an der Schweiss stelle erfolgt, und dass die Schweissdruckkraft über elastische Mittel mit Dämpfung auf die Elektroden übertragen wird.
Zweckmässig wird auf die Elektroden eine zu nächst zunehmende Druckkraft ausgeübt und beim Erreichen eines vorbestimmten Wertes dieser Druck kraft die Entladung des auf eine vorbestimmte Span nung aufgeladenen Kondensators ausgelöst. Dabei kann die Druckkraft nach Auslösung der Konden- satorentladung gesteigert, oder es kann die Einrich tung zur Druckerzeugung abgestellt werden, entweder derart, dass die Druckkraft konstant bleibt, oder der art, dass die Druckkraft aussetzt.
Das erfindungsgemässe Verfahren kann mit einer Vorrichtung durchgeführt werden, welche einem durch die Primärwicklung eines Schweisstransforma tors entladbaren Kondensator, Mittel zur Aufladung desselben und Mittel zur Ausübung einer Druckkraft auf die Elektroden hat. Die erfindungsgemässe Vor richtung hat eine Kondensatorentladungszeit von höchstens 0,01 Sek. und elastische Mittel mit Dämp- fung, beispielsweise gummielastische Mittel zur über tragung der Druckkraft auf die Elektroden.
Zur Erzeugung der Schweissdruckkraft können pneumatische Mittel oder ein Fallkörper dienen. Der Fallkörper kann ein Schaltelement betätigen, welches, die Kondensatorentladung bei einer vorbestimmten Schweissdruckkraft auslöst.
Die Einrichtung ist zweckmässig so ausgeführt, dass eine Ausübung der Schweissdruckkraft nur bei einer vorbestimmten Kondensatorspannung möglich ist.
Nach diesem Verfahren bzw. mit dieser Vorrich tung kann im wesentlichen die ganze Joulsche Wärme des Schweissstromes zu einer praktisch auf die Schweissstelle beschränkten Erwärmung des Mate rials und zum Schmelzen nutzbar gemacht werden, weil bei der kurzen Schweisszeit keine nennenswerte Wärmemenge in die Umgebung der Schweissstelle und in die Elektroden gelangt.
Es kann daher auf eine Kühlung der Elektroden in der Regel verzichtet werden. Bei sehr kurzen Pau sen zwischen den einzelnen Schweissvorgängen genügt eine einfache Pressluftkühlung.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Vorrichtung beschrieben. Im Zu sammenhang damit wird ebenfalls beispielsweise das erfindungsgemässe Verfahren erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt wesentliche Teile einer Vorrichtung zum Widerstands-Punkt- schweissen schematisch. Dabei sind bewegliche Teile in der Lage dargestellt, in welcher sie sich während des Schweissvorganges befinden.
Eine Kondensatorenbatterie 6 mit einer Kapazi tät von 100 @cF steht über ein Ventil 5 und einen ersten Schalter 4 mit der Sekundärwicklung eines Transformators 1 in Verbindung. Die Primärwicklung 2 dieses Transformators 1 ist an das Starkstromnetz angeschlossen. Der Transformator 1 liefert sekundär eine Hochspannung von 3 kV. über einen zweiten Schalter 7 ist die Kondensatorenbatterie 6 mit der Primärwicklung 9 eines Stosstransformators 8 verbun den. Die Sekundärwicklung 10 des Stosstransforma tors 8 besteht aus einer einzigen Windung und. ist mit tels bandförmiger Leiter 11 mit den axial verschieb baren Schweisselektroden 12 verbunden.
Der Schweiss transformator 8 ist so ausgeführt, dass die Kopplung zwischen seiner Primärwicklung 9 und seiner Sekun därwicklung 10 sehr fest ist. Der Entladekreis, wel cher die Kapazität der Kondensatorenbatterie 6 und die Induktivität des sekundär betriebsmässig belaste ten Strosstransformators 8 sowie Wirkwiderstände ent hält, ist so bemessen, dass die Entladungszeit höch stens 0,01 Sekunde beträgt.
Als zu verschweissende Werkstücke sind in der Zeichnung ein Bolzen 13 und ein Blech 14 darge stellt. Das den Werkstücken abgewandte Ende der Elektroden trägt einen aus Gummi bestehenden Dämpfungskörper 15. Der Dämpfungskörper der unteren Elektrode grenzt an eine Auflage 19 an. Mittels (nicht dargestellter) Führungsmittel ist ein Körper 16 an der den Werkstücken 13, 14 abge wandten Seite des Dämpfungskörpers 15 der oberen Elektrode koaxial zu den Elektroden verschiebbar gelagert. Dabei üben die Schwerkraft und die Kraft einer Druckfeder 17 eine auf die Schweissstelle ge richtete Kraft auf diesen Körper 16 aus. Die Masse des Körpers 16 beträgt ein Vielfaches der Masse einer Schweisselektrode.
Nicht dargestellte Mittel, die nen dazu, den Körper 16 aus der ausgezogen ge zeichneten Lage gegen die Schwerkraft und gegen die Kraft der Feder 17 in die strichpunktiert gezeichnete Lage 16' zu verschieben, in dieser Lage 16' zu arre tieren und wahlweise auszulösen. Die Massen der Elektroden 12 und die Dämpfungseigenschaft der Dämpfungskörper 15 und der (nicht dargestellten) Führungsmittel der Elektroden sind so bemessen, dass das aus diesen Teilen bestehende Gebilde mit den Werkstücken zwischen den Elektroden eine Zeitkon stante von etwa 0,01 Sekunden hat.
Vor jeder Schweissung bzw. in den Pausen zwi schen je zwei aufeinanderfolgenden Schweissvorgän gen sind der Schalter 4 zunächst geschlossen, der Schalter 7 offen und der Körper 16 in der Lage 16' arretiert. Dabei wird die Kond'ensatorenbatterie 6 mittels des Transformators 1 und des Ventils 5 auf geladen. Gleichzeitig können die Werkstücke 13, 14 zwischen die Elektroden gelegt werden. Nachdem die Kondensatorenbatterie 6 auf die vorbestimmte Span nung geladen ist, werden der Schalter 4 geöffnet, der Schalter 7 geschlossen und der Körper 16 aus der Lage 16' ausgelöst.
Der Körper 16 folgt dann der Schwerkraft und der Kraft der Druckfeder 17 und stösst auf den Dämpfungskörper 15 der oberen Elek trode, wodurch die Werkstücke zwischen den Elek troden kurzzeitig mit einer Kraft zusammengepresst werden, welcher grösser ist als die auf den Körper 16 wirkende Schwerkraft und die Kraft der Feder 17. Gleichzeitig wird der Schalter 7 geschlossen, so dass die Kondensatorenbatterie 6 sich über die Primär wicklung 9 des Strosstransformators 8 entladet und dadurch an dessen Sekundärwicklung 10 den Schweiss stromimpuls liefert.
Da die Entladungszeit des die Kondensatorenbatterie 6 und den sekundär betriebs mässig belasteten Strosstransformator 8 enthaltenden Stromkreises höchstens<B>0,01</B> Sek. beträgt, ist die Entladung der Kondensatorenbatterie während dieser Zeit im wesentlichen abgeklungen. In derselben Zeit ist auch der Stossvorgang welcher zwischen dem Kör per 16, dem Dämpfungskörper 15, den Elektroden 12 und den Werkstücken 13, 14 stattfindet, beendet.
Der Zeitpunkt des Schliessens des Schalters 7 ist relativ zum Zeitpunkt des Auslösens des Körpers 16 aus der Lage 16' so zu wählen, dass das Maximum des auf die Werkstücke ausgeübten Druckes zeitlich entweder mit dem Maximum des Schweissstromes zusammen fällt oder in sehr kurzem Zeitabstand auf das Strom maximum folgt.
Zur Einstellung der elektrischen Schweissenergie kann wenigstens eine der Wicklungen 2 und 3 des Transformators 1 mit wählbaren Abgriffen ausgestat tet sein. Weiterhin kann als Kondensatorenbatterie 6 eine solche mit veränderbarer Kapazität Verwendung finden. Zweckmässig werden die Schalter 4 und 7 mittels eines Differentialrelais betätigt, dessen eine Wicklung von einem Strom durchflossen ist, welcher von der Kondensatorspannung abhängt.
Dieser Strom kann der Ladestrom der Kondensatorenbatterie 6 sein oder ein relativ sehr kleiner mittels eines hochohmi- gen Entladewiderstandes gewonnener Entladestrom. Die andere Wicklung des Differentialrelais wird dann von einem Vergleichsstrom gespeist, der auf vor bestimmte Werte einstellbar ist.
Dabei ist dann die Anordnung so zu treffen, dass der Schalter 4 geschlos sen und der Schalter 7 offen ist, wenn die Spannung der Kondensatorenbatterie 6 einen vorbestimmten Wert unterschreitet, welcher mittels des Vergleichs stromes einstellbar ist, und dass der Schalter 4 geöff net und der Schalter 7 geschlossen ist, nachdem die Spannung der Kondensatorenbatterie 6 den vorbe stimmten Wert erreicht hat.
Es ist zweckmässig, im Ladekreis des Kondensa- tors 6, also in Serie mit dem Schalter 4 und dem Ventil 5, eine oder mehrere Drosselspulen anzuord nen, welche den Ladevorgang verzögern. Dabei wird die Ladezeit zweckmässig so eingestellt, dass sie nur wenig kürzer ist als die Pause zwischen zwei aufein anderfolgenden Schweissungen. Dadurch wird er reicht, dass die von der Kondensatorenbatterie 6 auf gespeicherte elektrische Energie dem Starkstromnetz nicht in Form eines sehr kurzen Stromstosses sehr grosser Intensität entnommen wird, sondern in Form eines über einen grösseren Zeitraum erstreckten Stro mes entsprechend geringerer Stärke.
Auf diese Weise wird eine kleine Anschlussleistung der Maschine er zielt und auch das Ventil 5 weniger beansprucht. Um eine bestimmte zeitliche Beziehung zwischen dem Maximum des Schweissdruckes und dem Maxi mum des Schweissstromes sicherzustellen, kann an einer wählbaren Stelle der Bahn des Körpers 16 ein Organ angeordnet sein, welches unter der Wirkung dieses Körpers den Schalter 7 schliesst, oder bei der beschriebenen Ausführung mit Differentialrelais einen mit dem Schalter 7 in Serie liegenden Schweissstrom schalter schliesst. Dieser Schweissstromschalter bzw.
der Schalter 7 kann statt mittels des Körpers 16 auch mittels eines Organs steuerbar sein, welches direkt unter der Wirkung des auf die Schweisselektroden ausgeübten Druckes steht und bei einem einstell baren Wert dieses Druckes den Schalter 7 bzw. den Schweissstromschalter schliesst.
Weiterhin kann die Vorrichtung mit Verriege- lungsmitteln ausgerüstet sein, welche eine Auslösung des Körpers 16 aus der Lage 16' erst dann ermög lichen, wenn die Kondensatorenbatterie 6 auf eine vorbestimmte Spannung aufgeladen ist.
Die Vorrichtung hat zweckmässig ein zentrales Steuerfeld, an dem die veränderbaren Betriebsdaten, beispielsweise die Kapazität der Kondensatorenbat- terie 6, die Spannung, auf welche diese aufgeladen wird, die Ladezeit, der Hub des Körpers 16, die zeit liche Beziehung zwischen dem Auslösen des Körpers 16 aus der Lage 16' und dem Schliessen des Entlade kreises der Kondensatorenbatterie 6, einstellbar sind. Dabei können zur gleichzeitigen und gemeinsamen Einstellung zusammengehöriger Betriebsdaten Scha blonen dienen. Diese Schablonen können beispiels weise als Lochkarten ausgebildet und mit den An gaben über die entsprechende Schweissarbeit bzw. der zu verschweissenden Werkstücke beschriftet sein.