-
Verfahren zum Widerstandsschweißen, insbesondere mit Elek-
-
troden aus schlechtwärmeleitendem Elektrodenmaterial Die vorliegende
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Widerstandsschweißen, wobei zum Schweißen die
Elektroden mit vorbestimmter Kraft sowie für eine vorbestimmte Zeit gegen die zu
verschweißenden Werkstücke gedrückt werden und ferner eine elektrische Energie über
die Elektroden den Werkstücken zugeführt wird.
-
Beim Widerstandsschweißen von gutwarmeleitenden materialien mit niedrigwärmeleitendem
Elektrodenmaterial, wie z.B. mit Elektroden aus Molybdän oder Wolfram hat die Ausgangstemosratur
der Elektroden insbesondere zu Beginn der Schweißung einen wesentlichen Einfluß
auf die Endtemperatur der Elektroden, damit auch auf die Temperatur an der Kontaktstelle
zwischen Elektrode und den Werkstücken und damit auch auf das Schweißergebnis. Insbesondere
beim Punktschweißen von Wicklungsdrhten von Kollektoren an Kollektorlamellen, wobei
sowohl der Wicklungsdraht als auch die Kollektorlamelle aus Kupfer besteht, wird
eine Schweißung zwischen diesen beiden Bauteilen primär dadurch erreicht, daß die
Elektrodenspitzen sich an der Kontaktstelle mit dem Werkstück auf eine hohe Temperatur
trot- bis weißglühend) erhitzen und dadurch Warme zur Unterstützung der Schweißung
den zu verbinden den Werkstücken zugeführt wird. Dabei ist in diesem besonderen
Anwendungsfall die Elektrode aus Wolfram gefertigt, was den Vorteil einer relativ
hohen Wärmebelastung, aber den Nachteil einer geringen Wärmeableitung hat. Somit
wird die während einer Schweißung in den Elektroden erzeugte und dort gespeicherte
rsstliche lllarmemenge zu der für die folgende Schweißung zugeführten Wärmemenge
addiert. Infolgedessen, daß die pro Schweißung auf Grund der mittels Phasenanschnitt
zugeführten elektrischen Energie und die' dadurch erzeugte Wärmemenge konstant ist,
ergeben sich je nach Abkühlungsgrad der El§kirode, also abhängig von der Pausenzeit
zwischen den Schwsißungen, untsrschisdlichs Schweißsrgehniete;
Dieser
Nachteil kann dadurch vermieden werden, daß die Pausen zwischen den Schweißungen
derart geoß gewählt werden, daß stets eichergestellt ist, daß zu Beginn einer Schweißung
die gleiche Temperatur an den Elektroden vorhanden ist. Eine derartige A rbeitsweise
ist jedoch im Hinblick auf die Ausnutzung der zu7aführten elektrischen Energie sowie
der Wirktschaftlichkeit ungünstig.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die oben genannten
Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
daß auch bei den unterscheidlichsten Pausenzeiten stets gleicholsibende Schweißargebnisse
erreichbar sind.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeshlagen,
daß die Elektrodentemperatur gemessen und durch den Meßwert die Größe der elektrischen
Energie verändert wird.
-
Bewvorzugt wird die Elektrodentemperatur vor Beginn einer Schwei-Bung
gemessen. durch die Erfindung wird somit ein Verfahren e -schaffen, bei dem die
fir die jeweilige Schweißaufgabe über eine Schweißstrom-Phasenaschnittsteuerung
voreingestellte und damit fr die nachfolgenden Schweißungen an sich konstant bleibende
elektrische Energie in Abhängigkeit von der Elektrodentemeratur ver3:ndert wird.
Damit wird durch die Erfindung eine elektrodentemperatur - abhängige Komdensation
der zugefüh mung der Elektroden bewirkenden elektrischen Energie, vorgenommen. Mit
der Erfindung wird es vorteilhaft möglich, Schweißungen hintereinander vorzunehmen,
wooei der Pausenabstand zwischen den Schweißungen unterschiedlich und beliebig klein
bzw. grob sein kann. In jedem Fall erfolgt bei der Erfindung eine Berücksichtigung
der in der Elektrode noch von der vornergehenden Schweißung gespeicherten Restwärme,
so daß je nach Größe dieser Restwärme eine kleiners bzw.
-
größere elektrische Energie den Elektroden und den Werkstücken zugeführt
wird.
-
Bevorzugt ist dabei an mindestens einer Elektrode einer Widerstandsschweißmaschine
ein Temperaturfühler befestigt. Das elektrische Ausgangssignal des Temoeraturfühlers
ist einer Schweißsteuerung, vorzugsweise dem leistungsbestimmenden Teil einer Schweißstrom-Phasenanschnittsteuerung
zuführbar. Damit wird in einfachster Weise eine Temperaturveränderung direkt an
der Elektrode erfaßt und anschließend in ein Drooortionales Zeitsignal umgewandelt,
um welches jeweils der ZJndzeitnunkt für jede Wechselstromhalbwelle zusitzlich verzögert
wird. Eine besonders einfache und genaue Temperaturerfassung wird erreicht, wenn
der Temperaturfühler als temperatur - abhingiger Widerstand, vorzugsweise als TC-Widerstand
ausgebildet ist. Die Befestigung des Temperaturfühlers an der Elektrode kann dabei
in verschiedenster Art und Weise erfolgen. Wesentlich ist dabei, daß eine möglichst
große Berührungsfläche zwischen Elektrode und tempertunempfindlicher Flasche des
Temperaturfühlers vorgesehen wird und darüberhinaus der Luftspalt zwischen Temperaturfühler
und Elektrode so klein wie möglich ist.
-
In der nachfolgen den Beschreibung wird anhand der Zeichung Fig.1
und 2 sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Ausgestaltungen eine Vorrichtung
zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfalirens sowie das Verfahren selbst näher
erläutert.
-
In der Fig.1 ist eine Widerstandsschweißmaschine, in diesem Fall eine
an sich bekannte Widerstandspunktschweißmaschine üblicher Bauart mit 10 bezeichnet.
Die aschen 10 weist Elektroden 11, 12 auf, zwischen denen die zu verschweißenden
Werkstücke 13 und 14 vorgesehen sind. Dabei werden über nicht naher dargestellte
Einrichtungen die Elektroden 11, 12 für eine vorbestimmte Zeit und mit einer vorbestimmten
Kraft gegeneinander und damit auch gegen die Werkstücke 13 und14 gedruckt. Die Elektroden
11, 12 sind beim Ausführungsbeispiel aus einem schl2chtwirmeleitend-en material
gefertigt und zwar in diesem Fall aus Wolfram. Eine nicht näher veranschaulichte
Kühleinrichtuna dient zum Kühlen der Elektroden 11 und 12.
-
Die Widerstandspunktschweißmaschine 10 weist daräberhinaus eine Schweißstrom-Phasenanschnittsteuerung
bekannter Bauart auf, die schematisch dargestellt und mit 15 bezeichnet ist. Erfindungsgem-ß
ist an mindestens einer der Elektroden 11 bz?J. 12, beim-Ausführungsbeispiel ist
es die Elektrode 11, ein TemperaturfOh-1er vorgesehen, welcher bevorzugt als temperaturabhängiger
Widerstand 16 ausgebildet ist. Mittels dieses Widerstandes 1@ kann vor Beginn einer
Schweißung die Elektrodentemmeratur gemessen und der entstehende elektrische Meßwert
nach entsnrechender Unformung in einer Signalvorrichtung 17 als Korraktur- Kompensationswert
der Schweißstrorn-Phasananschnittsteuerung 15 zugeführt werden. Die Signalvorrichtung
17 besteht im wesentlichen aus einem Vetzteil 10, einem Nullsoannungsdiskriminator
13, einem Sägezahngenerator 20, einem Temperaturerfassungsteil 21 und einem Rechteck-Impulsformer
22. Dabei wird die Signalverrichtung 17 durch das Netzteil 16 , bostehend aus dem
Transformator 23, Gleichrichter 24, Kondensator 25 und Spannungsregler 26, mit Strom
versorgt. In einem Verstärker 27 des @ulls@@annungsdickriminators 13 wird jeweils
ein kurzer Imouls zur Zeit des Wetzse@nnungsnulldurchganges erzeugt. Dar als Integrater
geschaltete Verstärker 28 des Sägezahngenerators wird durch diesen kurzen Impuls
mit Hilfe des Transistors 2@ auf eine durch einen Spannungsteiler 39 und 31 bestimmte
Spannung gesetzt. Danach fillt diese Spannung kontinuierlich mit der durch Widerstand
32 und Kondensator 33 bestimmten Zeitkonstante ab.
-
Der temperaturabhängige Widerstand 16 ist, wie das Ausführungsbeispiel
zeigt, mit einem Widerstand 34 als Spannungsteiler geschaltet. Die Spannung zwischen
dem Widerstand 16 und dem Widerstand 34 ist somit temperaturabhängig und wird in
einem Verstärker 35 des Rechteckimpulsformers 22 mit der abfallenden Spannung vom
Verstärker 28 des Sägezahngenerators 20 verglichen. Im Schnittpunkt beider Spannungen
wird ein Transistor 36 durchgesteuert.
-
Dieser Transistor ist in Reihe geschaltet mit dem nicht naher dargestellten
zeitbestimmenden Teil für den Phasenanschnitt 15
der Schweißmaschine
10. Mit dem im Temperaturerfassungsteil 21 vorgesehenen Widerstand 37 kann die Wirkung
des temperaturabhängigen Widerstandes 16 abgeschwächt und somit an die Verhaltnisse
der jeweiligen Schweiaufgabe angepaßt werden. Je nach Größe der Elektrodentemoeratur
wird damit das Ausgangssignal des Transistors 36 ver3ndert und als Zeitkorrektursignal
der Phasenanschnittsteuerung 15 zugeführt. Durch dieses temperaturproportionale
Zeitsignal wird dann der Zündzeitounkt für jede Wechselstromhalbwelle verzögert
und damit den Elektroden durch die Phasenanschnittsteuerung 15 eine kleinere Energie
zugeführt, als eigentlich auf Grund der Einstellung der Phasenanschnittsteuerung
den Elektroden und dan Werkstücken zugeführt würde.
-
Bevorzugt wird der temperaturabjängige Widerstand als NTC-Niderstand
ausgebildet. Es können jedoch auch Thermselemente oder PTC-Widerstände oder andere
temperaturabhängige Bauteile Anwendung finden. Auch ist es möglich, anstelle des
vorgesehenen Feldeffskt-Transistors 36 andere Halbleiter-Baulemente einzusetzen.
-
Wie Fig.2 zeigt, ist der Widerstand 16 in einer Klemmvnrrichtung 40
aus messing anzeordnst, die über durchgangsbohrung 41 und Spannschraube 42 an der
Schweißelektrode 11 anklemmbar ist. Der Widerstand 16 ist dabei möglichst nahe der
Elektrode 11 in einer Ausnehmung 43 befestigt, beispielsweise vergossen.
-
Die Anschlußleitung ist mit 44 bezeichnet.
-
Der Signalteil 17 kann in seiner Gesamtheit in einem separaten Gehause
als Zusatzsteuerung oder in integrierter Bauweise innerhalb des Geh3uses der Phasenans
chn ittstsuerung 15 vorgesehen werden, Durch die vorliegende Erfindung wird somit
ein Verfahren und eine Vorrichtung geschaffen, bei der mit steigender Temperaturerhöhung
an Elektroden einer Widerstandsschweißmaschine eine
Verringerung
der den Elektroden und den Werkstücken zugeführten elektrischen Energie erfolgt.
Durch die Erfindung werden somit auch bei sich änderaden Schweiß@ausen zwischen
den einzelnen Schweißungen gleichbleibenden Schweißergehnisse Arzielt.
-
arsondars vorteilhaft ist das erfindungsgemäße Verfahren bzw.
-
die beschriebene Vorrichtung verwendbar beim Widerstandsschwei-Ben
von gutwärmeleitenden Materialien unter Verwendung von niedrigewärmaleitenden Elektrodenwerkstoffen.
Auch ist eine Verwendung beim Titan, Schweißen, Warmnieten möglich. Auch zur Temperaturkompensation-stabilisierung
von Widerstandsschweißmaschinen ist die Erfindung anwendbar.