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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Lichtbogenschweissgeräte mit einer Gleichstromquelle für einen dauernden Grundstrom zwischen der Schweisselektrode und dem Werkstück und mit einer parallel zur Gleichstromquelle geschalteten Zusatz-Pulsstromquelle, die aus einer von einem Wechselstromnetz gespeisten Brückenschaltung mit steuerbaren Halbleitergleichrichtern besteht, denen steuerseitig ein gemeinsamer Kipposzillator mit einem Unijunction-Transistor und ein Spannungsdetektor angeschlossen sind.
Es ist schon vorgeschlagen worden, einer herkömmlichen Gleichstrom-Schweissstromquelle einen vorzugsweise mit Dreiphasenstrom gespeisten und in Brückenschaltung ausgeführten Gleichrichter bzw. Zusatzgleichrichter parallelzuschalten, dessen Betriebs-Gleichspannung die Lichtbogenspannung unterschreitet, derart, dass er gerade während Tropfenkurzschlüssen den dann gewünschten bzw. erforderlichen Zusatzstrom liefert.
Aus der GB-PS Nr. 1293350 (Fig. 6) ist es auch schon bekannt, aus derartigen Gründen einen geladenen Kondensator oder Akkumulator der Lichtbogenstrecke über einen Thyristor parallelzuschalten, der von einer in Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung arbeitenden Zündeinrichtung beim Tropfenkurzschluss, also beim Absinken der Lichtbogenspannung, gezündet wird, wobei auch auf die Möglichkeit hingewiesen ist, die Steuerung des Thyristors um einen gewählten Zeitbetrag gegenüber dem Zeitpunkt des Überganges von Lichtbogenbetrieb auf Tropfenkurzschluss oder umgekehrt zu verschieben.
Eine Schaltungsanordnung der eingangs zitierten Art ist aus der DE-OS 1954587 bekannt. Aber auch mit dieser Schaltungsanordnung ist es nicht gelungen, einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Aus der FR-PS Nr. 2. 260. 415 ist es auch bekannt, die Thyristoren mit jeweils verschiedenen Zündsignalen zu beaufschlagen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die es ermöglicht, im Falle eines Tropfenkurzschlusses, also bei Unterschreiten eines gewissen Schwellwertes, einen Steuerbefehl an die Zusatzeinrichtung zu erteilen, die dann den Zusatzstrom liefert.
Die Schaltungsanordnung der eingangs angeführten Art ist erfindungsgemäss dadurch gekennzeichnet, dass dem zur Erfassung der Lichtbogenbrennspannung vorgesehenen Spannungsdetektor ein das Zündsignal der Zusatzpulsstromquelle abschaltendes Zeitglied als Schutzglied zur Begrenzung der Einschaltdauer der Zusatzpulsstromquelle bei Dauerkurzschluss der Lichtbogenstrecke nachgeschaltet ist, und dass der Ausgang des Zeitgliedes und der Ausgang des Spannungsdetektors über je eine Schwellwertdiode einer Gatterstufe an den Kipposzillator angeschlossen sind.
Bei der erfindungsgemässen Schaltungsanordnung kann es sich z. B. um ein einziges Zündsignal für die parallelgeschalteten Steuerstrecken der Thyristoren eines Brückenzweiges einer halbgesteuerten Brücke handeln, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Die Erfindung ist jedoch keineswegs darauf beschränkt, dass die Zusatzstromquelle bzw. der Zusatzgleichrichter in halbgesteuerter Brückenschaltung arbeitet. Wesentlich ist vielmehr, dass eine Schaltung mit mehreren Thyristoren, z. B. drei oder sechs, den Zusatzstrom liefert.
Die erfindungsgemässe Steuerung misst die Lichtbogenbrennspannung und gibt im Falle des Tropfenkurzschlusses, also bei Unterschreiten eines gewissen Schwellwertes, einen Steuerbefehl an die Zusatzeinrichtung, die dann den Zusatzstrom liefert. Die Steuereinrichtung erhält noch eine weitere Funktion, u. zw. eine Begrenzung der Einschaltdauer der Zusatzeinrichtung. In der Praxis ergibt es sich nämlich immer wieder, dass die Elektrode mit dem Basismaterial in einer Weise verschweisst, dass ein rasches Lösen des Kurzschlusses nicht möglich ist und erst durch Manipulationen des Schweissers die Elektrode abgebrochen werden muss.
Dieser Vorgang kann mehrere Sekunden dauern, so dass, soferne die Zusatzeinrichtung, gewöhnlich bestehend aus einem Dreiphasen-Transformator und aus mehreren, wenigstens zum Teil steuerbaren Ventilen, nicht für sehr hohe Dauerbelastung ausgelegt ist, eine Beschädigung der Bauteile eintreten kann. Die Steuereinrichtung schaltet also sofort mit Beginn des Tropfenkurzschlusses bzw. mit dem Zeitpunkt, zu dem die Spannung zwischen Elektrode und Werkstück Null wird, die Zusatzeinrichtung ein und aktiviert gleichzeitig eine Zeitschaltung, die nach Ablauf einer einstellbaren Zeit die Zusatzeinrichtung wieder abschaltet, auch wenn der Kurzschluss zwischen Elektrode und Werkstück noch besteht.
Als Zündsignal wird vorzugsweise statt einer Gleichspannung eine Wechselspannung höherer Frequenz verwendet, die z. B. in einer mit einem Unijunetion-Transistor arbeitenden Kippschaltung erzeugt werden
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Bei einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist an den Kipposzillator ein Treibertransistor des PNP-Leitfähigkeitstyps angeschlossen, wobei die Basis des Treibertransistors mit der speisespannungsseitigen Basis --2-- des als Kipposzillator dienenden Unijunctions-Transistors verbunden ist. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass das an der Basis --2-- zu erhaltende Ausgangssignal rechteckförmig mit steiler Flanke ist.
Dieses Ausgangssignal ist für die Ansteuerung des Treibertransistors wesentlich günstiger, als das an der Basis-l-zu erhaltende e-Potenz-förmige Signal.
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist bei dem gemeinsamen an den Treibertransistor angeschlossenen Zündimpulsübertrager der Primärwicklung ein ohmscher Widerstand vorgeschaltet und an die Sekundärwicklung sind weitere ohmsche Widerstände nachgeschaltet, die jeweils an die einzelnen Steuerstrecken der gesteuerten Halbleiterventile der Zusatz-Pulsstromquelle angeschlossen sind. Diese Ausgestaltung der Erfindung bringt eine Optimierung des Überträgers hinsichtlich seiner Grösse. Der Übertrager kann also dadurch kleinstmöglich ausgelegt werden. Dies ist auch darauf zurückzuführen, dass die im Arbeitswiderstand des Treibertransistors umgesetzte Leistung nurmehr teilweise vom Übertrager verarbeitet werden muss.
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der ein Ausführungsbeispiel zeigenden Zeichnungen näher erläutert, in welcher Fig. 1 die Zusammenschaltung von Steuereinrichtung, Haupt-Schweissstromquelle und Zusatz-Pulsstromquelle darstellt, während Fig. 2 die detaillierte Ausgestaltung der Steuereinrichtung zeigt.
Nach Fig. 1 speist die Gleichstromquelle-G--und fallweise, nämlich abhängig von der an den Verbindungspunkten --A und B-- von der Lichtbogenspannung beeinflussten Steuerung --St--, zusätzlich auch die mittels Transformator an das Netz R, S, T angeschlossene Zusatzpulsstromquelle --D1, D2, D3, Ti, T2, Tg--den Schweissstromkreis.
In Fig. 2 ist --Vl-- ein an die Verbindungspunkte --A und B-- angeschlossener Spannungsdetektor, der mit Hilfe des Potentiometers --R4-- als Schwellwertschalter arbeitet. Bricht also die Lichtbogenbrennspannung, die zwischen den Verbindungspunkten --A und B-- ansteht, durch einen Kurzschluss zusammen, schaltet der Ausgang des Spannungsdetektors-Vi-auf L-Signal. Dieses L-Signal wird am Emitter --E-- des Unijunction-Transistors --UJT-- durch die Diode --D4-- wirksam, so dass der --UJT-Kippschwingungen erzeugt, deren Frequenz durch die Werte der Schaltelemente-Rn und C4-- ausreichend hoch gemacht ist und z. B. im Bereich zwischen 1 kHz und 5 kHz liegen kann.
Diese Kippschwingungen werden im Treibertransistor --Tr-- vom PNP-Typ verstärkt und über den Zündimpuls- übertrager-Z-- an die Steuerstrecken der Thyristoren --T3, T2 und T3-- weitergegeben. Gleichzeitig mit der Freigabe des UJT-Oszillators durch den Spannungsdetektor --V1-- wird die Zeitschaltung, bestehend aus-Rg und Cl-, aufgeladen und der Ausgang der Kippfstufe --V2-- springt mit Verzögerung von L- auf Null-Signal und sperrt über die Diode --Ds-- den Kipposzillator.
Die Kondensatoren-Ci und C2-- wirken zusammen mit den Widerständen-Ri und R2-- als Filter gegen hochfrequente Einstreuungen, die vom Lichtbogen stammen. Die Widerstände --Rs und Ru-gebben dem Spannungsdetektor-Vi-Kippverhalten. Ebenso wird dies mit den Widerständen --R9 und R1O-- beim Operationsverstärker --V2-- erreicht. Die Diode --D6-- bewirkt zusammen mit dem Widerstand --R7-eine rasche Rückstellung der Zeitschaltung. Bei Kipp-Oszillatoren-UJT-- wird die Ausgangsspannung meistens am Widerstand an der Basis-l-abgenommen. Dieses Ausgangssignal besteht allerdings aus einem anfänglich hohen und mit einer e-Potenz sehr rasch abklingenden Signal.
Währenddessen ist das am Widerstand --R12-- zwischen der Basis --2-- und der positiven Spannungsversorgung anstehende Signal rechteckförmig und zur Ansteuerung eines Transistor-Verstärkers vorteilhafter, d. h. der Treibertransistor --Tr-- wird von einem steilflankigen Signal angesteuert und hat daher wenig Schaltverluste.
Die aus Fig. 2 ersichtliche Serienschaltung von Widerständen sowohl mit der Primär- als auch mit der Sekundärwicklung des Zündimpulsübertrages --Z-- hat ihre Berechtigung darin, dass die Widerstände --R15, R16 und R17-- notwendig sind zum Ausgleich der verschieden hohen Ansprechspannungen der Steuerstrecken der Thyristoren, wogegen der Widerstand-Ri4-, der in Serie mit der Primärwicklung des Zündimpulsübertragers liegt, einen eingeprägten Strom zur Verfügung stellt. Werden nun die Widerstände-rig bis Ri ?" knapp bemessen, d. h. ist ihr Ohmwert nur so gross, wie es zur Erfüllung ihrer obgenannten Aufgabe unbedingt erforderlich ist, dann ergibt sich für den Zündimpulsübertrager eine sehr kleine Spannungszeitfläche und der Übertrager kann klein und billig hergestellt werden.
Man
EMI2.1
Rie und Ri ?" miteinbeziehen ; dann müsste jedoch der Zündimpulsübertrager für die gesamte, vom Treibertransistor --Tr-gelieferte Impulsspannung ausgelegt werden.