DE3201979C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schweißvorrichtung zum Aufschweißen mindestens eines eine Zündspitze aufweisenden Bolzens oder der­ gleichen auf ein Werkstück, mit einem in bezug auf das Vorrich­ tungsgehäuse verschiebbar gelagerten, einen Bolzenhalter tragen­ den, im Entladestromkreis eines Schweißkondensators liegenden Kolben, der durch den Anker eines Elektromagneten in axialer Richtung auslenkbar ist, und einen den Schweißvorgang unter Steuerung eines Steuerstromkreises einleitenden Betätigungs­ mechanismus.

Eine derartige Schweißvorrichtung ist aus der CH-PS 5 36 162 be­ kannt. Diese weist einen Bolzenhalter und einen Elektromagnet auf, dessen topfförmiger Anker über eine Druckfeder mit dem Bolzenhalter bewegungsverbunden ist. Wird der Magnet erregt, so wird gleichzeitig mit dem Magnetanker auch der Bolzenhalter auf das Werkstück zu in Bewegung gesetzt. Sobald das vordere Ende des Bolzens nahe genug an das Werkstück gekommen ist, daß die Feldstärke im Bereich zwischen dem Bolzen und dem Werkstück zur Zündung eines Lichtbogens ausreicht, wird ein Entladestrom­ kreis eines Schweißkondensators geschlossen und der Bolzen im Lichtbogen mit dem Werkstück verschweißt.

Diese Vorrichtung hat den Nachteil, daß der Schweißbolzen nicht auf das Werkstück aufgesetzt werden kann, um den Schweißpunkt genau zu fixieren, da beim Aufsetzen des Bolzens auf das Werk­ stück ein Schweißvorgang ausgelöst würde.

Ferner ist aus der DE-OS 28 37 450 eine Schaltungsan­ ordnung zum Steuern eines Bolzenschweißgerätes bekannt, bei welcher im Schweiß-Stromkreis ein von einer Steuer­ elektronik angesteuerter Thyristor liegt. Auch bei dieser Schweißvorrichtung muß der Schweißbolzen vor dem Schweiß­ vorgang vom Werkstück abgehoben sein, damit die Zünd­ spannung des Thyristors unterschritten wird, und der Thyristor erst nach dem Auftreffen des Schweißbolzens auf das Werkstück gezündet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schweiß­ vorrichtung der eingangs genannten Art anzugeben, mit welcher die Bolzenspitze auf das Werkstück aufgesetzt werden kann, ohne das selbsttätig ein Schweißvorgang ausgelöst wird.

Diese Aufgabe wird gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen.

Da die Auslösung eines Schweißvorgangs einen Kontakt des im "Abfrage"-Steuerstromkreis liegenden Bol­ zens 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 Aufsetzen des Bolzens auf das Werk­ stück vor dem Aufschweißen macht in einfachster Weise auch eine genaue Bolzenpositionierung möglich. Außer­ dem können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung nunmehr auf einfache Weise Bolzen beliebiger Länge auf ein Werkstück aufgeschweißt werden. In sehr vor­ teilhafter Weise läßt sich die erfindungsgemäße Vor­ richtung auch zum Anschweißen von Bolzen oder derglei­ chen an unter Wasser befindliche Werkstücke einsetzen. Da die dem Schlagbolzen zugeordnete Feder bei der er­ findungsgemäßen Vorrichtung nur die Aufgabe hat, den Schlagbolzen nach jedem Schweißvorgang in die Ausgangs­ position zurückzuführen, kann sie sehr schwach dimensio­ niert sein. Das bei der bekannten Vorrichtung erforder­ liche anstrengende und umständliche Spannen der den Schlagbolzen und damit den Kolben beaufschlagenden, sehr stark bemessenen Feder entfällt. Statt dessen sorgt der Elektromagnet für eine kräftige Beaufschlagung des Kolbens und ermöglicht so den Einsatz der Vorrichtung auch für schwieriger zu schweißende Materialien, wie Aluminium und Messing.

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 iso­ lierendem 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 Vorrich­ tung zwangsläufig der Fall ist, da die Füße dort im "Abfrage"-Steuerstromkreis liegen müssen.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schweißvorrichtung sind im Gegensatz zur herkömmlichen Vorrichtung auch Bolzen oder dergleichen mit mehreren Zündspitzen auf ein Werk­ stück aufschweißbar. Es ist lediglich für eine einwand­ freie Auflage aller Zündspitzen auf dem Werkstück vor Aus­ lösung des Schweißvorgangs Sorge zu tragen. Als beson­ ders zweckmäßig hat es sich zu diesem Zweck in weiterer vorteilhafter Ausbildung der Vorrichtung nach der Erfin­ dung herausgestellt, wenn der Bolzenhalter zweiteilig ausgebildet ist und der eine Halteteil mindestens zwei Bolzenaufnahmen aufweist und über ein Gelenk oder der­ gleichen mit dem anderen Halterteil verbunden ist, das in ein mit dem Kolben verbindbares Einspannstück ausläuft. Beim Aufsetzen der Vorrichtung auf das Werk­ stück erleichtert das Gelenk die Sicherstellung der er­ forderlichen einwandfreien gleichzeitigen Auflage und Kontaktgabe der Bolzen oder dergleichen auf der Werkstück­ oberfläche. In diesem Fall fließt der hohe Schweißstrom über das Gelenk, das entsprechend ausgebildet und bemes­ sen sein muß.

Als besonders zweckmäßig hat es sich dabei erwie­ sen, 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.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beschreibung und den Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 einen Schaltplan zur Veranschaulichung des Aufbaues und der Wirkungsweise der Schweißvorrichtung,

Fig. 2 einen Schnitt durch einen pistolenartig ausgebildeten Teil der Schweißvorrich­ tung,

Fig. 3 eine Einzelheit der Fig. 2, in ver­ größertem Maßstab,

Fig. 4 die Ausbildung eines zweiteiligen Bolzen­ halters,

Fig. 5 eine Draufsicht auf den Bolzenhalter nach Fig. 4, und

Fig. 6 eine Draufsicht auf einen abgewandelten Bolzenhalter für das gleichzeitige Auf­ schweißen von drei Bolzen.

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. Am aus dem Vorrichtungsgehäuse herausragenden Ende des Kolbens 3 ist über eine Spannmutter 4 ein Bolzen­ halter 5 festgelegt, der an seinem freien Ende durch Anordnung mehrerer Schlitze 6 mit nachgiebigen Hal­ tezungen 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.

Zur Erleichterung des geraden Aufsetzens des Bolzens 8 auf das Werkstück 10 sind am Vorrichtungs­ gehäuse 1 sich parallel zur Achse des Kolbens 3 er­ streckende Füße 11 angeordnet, von denen in Fig. 2 der Einfachheit halber nur einer veranschaulicht ist. 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 um­ hüllt, 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 Isolier­ stoffmasse 14 in einem zentralen Sackloch 15 festgelegt ist.

Koaxial zum Kolben 3 ist im Vorrichtungsgehäu­ se 1 ein in bezug auf den Kolben 3 elektrisch isolierter Schlagbolzen 16 axial verschiebbar gelagert. Auf dem dem Kolben 3 zugewandten Ende des Schlagbolzens 16 sitzt eine Muffe 17, an der das eine Ende einer den Schlag­ bolzen 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 Elektro­ magneten 20, der im Vorrichtungsgehäuse 1 fest angeordnet ist. Zwischen die Stützscheibe 19 und einem Ring 21 an der Stirnseite des Elektromagneten 20 ist eine Feder 22 eingeschaltet, die den Kolben 3 vom Elektroma­ gneten 20 weg beaufschlagt.

Im Handgriff 2 des Vorrichtungsgehäuses 1 ist ein Schalter 23 vorgesehen, über den sich ein "Abfrage"-Steuerstromkreis schließen und ein Schweißvorgang auf nachstehend näher erörter­ te 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 dienen­ der und entsprechend hoch belastbarer Leiter 26 hindurchgeführt. Ein weiterer Leiter 27 ist Be­ standteil des Steuerstromkreises und steht in elek­ trischer Verbindung mit dem Schlagbolzen 16. Der Wicklung des Elektromagneten 20 sind zwei weitere Leiter 28 und 29 zugeordnet. Um den Schweißstrom­ kreis zu schließen, ist ferner ein mit dem Werkstück 10 verbundener Leiter 30 vorgesehen.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich, umfaßt die Schweiß­ vorrichtung einen Geräteteil 31 mit Steckbuchsen A, B für den Anschluß der den Schweißstrom übertra­ genden 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 Schal­ ter 33 in bekannter Weise ein Schweißkondensator 34 aufladbar ist. Die Entladung des Schweißkondensa­ tors 34 zur Durchführung eines Schweißvorganges er­ folgt durch einen Thyristor 35, der über einen Vor­ widerstand 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 Elektro­ magneten 20 führenden Leiters 29 mit der Steuer­ stromquelle 38 sicher.

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, vorausge­ setzt, 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 Elektroma­ gneten verbunden ist, stellt der Kontakt 40 nach Ansprechen des Steuerrelais 39 die Erregung des Elektro­ magneten 20 über die Buchse E und den Leiter 29 sicher. Der Schlagkolben 16 des Elektromagneten 20 wird beschleunigt und prallt mit hoher Geschwin­ digkeit auf das hintere Ende des Kolbens 3 auf. 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.

Um bei einem Schweißvorgang gleichzeitig zwei oder mehr Bolzen auf dem Werkstück festzulegen, kann der Bolzenhalter 5, wie in Fig. 4 bis 6 veranschau­ licht, zweiteilig ausgebildet sein. Er umfaßt in die­ sem Fall einen Halterteil 41 mit mindestens zwei Bolzenaufnahmen 42. Dieser Halterteil 41 ist über ein Gelenk 43 mit dem anderen Halterteil 44 verbunden. 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 über­ tragenden Schweißströme eine Spezialausbildung erhal­ ten muß, sind die beiden Halterteile 41 und 44 mitein­ ander über ein flexibles Kabel 46 elektrisch leitend verbunden.

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 Bolzenaufnahmen 42 vorgesehen sind, son­ dern vielmehr die Form einer Platte, die die Gestalt eines gleichseitigen Dreiecks besitzt. Hierbei sind die Bol­ zenaufnahmen 42 jeweils den drei Ecken der Platte zuge­ ordnet. Anstelle eines einfachen Schwenkgelenks, wie es bei der Ausführung nach den Fig. 4 und 5 Anwendung finden kann, wird in diesem Fall zweckmäßigerweise ein kugelför­ miges Gelenk 43 verwendet, das eine allseitige Ver­ schwenkung des plattenförmigen Halterteils 41 in be­ zug 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.

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 vermeiden. Die ange­ legte Schweißspannung von ca. 200 V fällt nämlich an den Schweißstellen auf den Lichtbogenspannungswert von ca. 20 V ab. Legt man 2 Bolzen hintereinander­ geschaltet in den Schweißstromkreis, dann kann auf einen gesonderten Masseanschluß des Werkstücks verzichtet werden. Beide Bolzen lassen sich gleichzeitig anschwei­ ßen, und zwar unter Ausnutzung des erwähnten Effekts, daß die Schweißspannung von etwa 200 V im Stromkreis pro Schweißstelle um ca. 180 V abfällt. Bei Batteriebe­ trieb können so unter erheblicher Energieeinsparung ca. doppelt so viele Schweißungen pro Batterieladung erreicht werden.

Claims (3)

1. Schweißvorrichtung zum Aufschweißen mindestens eines eine Zündspitze (9) aufweisenden Bolzens (8) oder dergleichen auf ein Werkstück (10), mit einem in bezug auf das Vorrich­ tungsgehäuse (11) verschiebbar gelagerten, einen Bolzenhalter (5) tragenden, im Entladestromkreis eines Schweißkondensators (34) liegenden Kolben (3), der durch den Anker eines Elektro­ magneten in axialer Richtung auslenkbar ist, und einem den Schweißvorgang unter Steuerung eines Steuerstromkreises ein­ leitenden Betätigungsmechanismus, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker des Elektromagneten als Schlagbolzen (16) un­ abhängig und isoliert vom Kolben (3) ausgebildet ist, daß der Schlagbolzen (16) in seiner Ruhestellung in einem vor­ gegebenen Abstand vom Kolben (3) liegt, daß der Schlag­ bolzen (16) in Serie zum Kolben (3) im Steuerstromkreis liegt, und daß der Steuerstromkreis beim Auftreffen des Schlagbolzens (16) auf den Kolben (3) geschlossen wird.

2. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlagbolzen (16) durch eine ihm zugeordnete Feder (18) in dem vorgegebenen Abstand vom Kolben (3) in seiner Ruhestellung gehalten wird.

3. Schweißvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Entladestromkreis ein Thyristor (35) liegt, daß dessen Steuereingang über den Schlagbolzen (16), den Kolben (3), den Bolzen (8) und dem Werkstück (10) mit dem Schweißkondensator-Potential beaufschlagbar ist, und daß der Elektromagnet (20) mit einem Schal­ ter (23) betätigbar ist.