DE10204495C1 - Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen - Google Patents
Prüfeinrichtung für SchweißstromquellenInfo
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Abstract
Für eine definierte Gefügeausbildung und eine gewünschte Geometrie im Schweißnahtquerschnitt werden vor der Ausführung einer Schweißung die signifikanten Schweißparameter Schweißspannung (Us) und Schweißstrom (Is) ermittelt und entsprechend der jeweiligen Belastungskennlinie an der Schweißstromquelle eingestellt. Abweichungen von den eingestellten Parametern führen zu einem von der Vorausplanung abweichenden Schweißergebnis, was in der Regel unbemerkt bleibt, da das Schweißergebnis nur durch eine zerstörende Werkstoffprüfung zu überprüfen wäre und die Parametertreue der Schweißstromquellen bisher nicht überprüft wird. DOLLAR A Mit der vorliegenden Prüfeinrichtung kann die Parametertreue nunmehr überprüft werden. Die Prüfeinrichtung besteht aus einem Gehäuse (1), das mit einem Einlass (5) und einem Auslass (6) für die Zuführung eines Inertgases versehen ist, einer temperaturfesten Durchführung (3) für eine nicht abschmelzende Elektrode (2), die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist, sowie einer gegebenenfalls gegen das Gehäuse (1) isolierten Gegenelektrode (4), die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist, wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung (10) dieser Abstand oder andere den Lichtbogenwiderstand charakteristische Parameter ermittelbar sind.
Description
Die Erfindung betrifft eine Prüfeinrichtung für
Schweißstromquellen. Derartige Schweißstromquellen sind in
der Industrie in verschiedenen Ausführungen im Einsatz, so
als Schweißgleichrichter, primär oder sekundär getaktete
Inverter und Umformer oder Transformatoren mit einstellbarem
Übersetzungsverhältnis.
Für eine definierte Gefügeausbildung und eine gewünschte
Geometrie im Schweißnahtquerschnitt werden vor der Ausführung
einer Schweißung die signifikanten Schweißparameter
Schweißspannung (Us) und Schweißstrom (Is) bzw.
Einschaltdauer (ED) ermittelt und entsprechend der jeweiligen
Belastungskennlinie an der Schweißstromquelle eingestellt.
Schweißstromquellen unterliegen jedoch der Alterung, dem
Verschleiß sowie dem Auftreten von Fehlern aus anderen
Gründen, so dass beim Schweißen Abweichungen von den
eingestellten Parametern auftreten. Die Ursache für solche
Fehler können unkontrolliert entstandene
Übergangswiderstände, Wicklungsschlüsse usw. sein. Die
Abweichungen von den eingestellten Parametern führen zu einem
von der Vorausplanung abweichenden Schweißergebnis, was in
der Regel unbemerkt bleibt. Nach US 6,288,364 ist zwar ein
Verfahren bekannt, nach welchem der Schweißstrom oder die
Schweißspannung während des Schweißens gemessen und mit
gespeicherten Werten verglichen werden, die Lösung erfordert
jedoch einen hohen Aufwand, wenn sie für jede
Schweißstromquelle vorgesehen werden soll. Andernfalls ist
das Schweißergebnis nur durch eine zerstörende
Werkstoffprüfung zu qualifizieren.
Bei selbsttätigen Schweißstromquellen lassen sich geregelte
Nachführungen verwenden, mit denen sich die gewünschten
Schweißparameter hinreichend genau einhalten lassen. Mit der
DE 199 51 717 A1 ist beispielsweise eine Schweißvorrichtung
bekannt, bei der die Nachführung des Schweißkopfes geregelt
wird, indem die Änderung der Lichtbogenstrahlung
(Wärmestrahlung) gemessen wird. Gleichermaßen bekannt ist,
dass die Ionisation oder die Lichtintensität Kenngrößen eines
Lichtbogens sind, siehe DE 100 33 387 A1 und DE 37 08 959 C2.
Abgesehen von dem erforderlichen Aufwand, der nicht für
jede Schweißstromquelle getroffen werden kann, ist man bei
anderen Schweißstromquellen auf die Einhaltung eingestellter
Parameter angewiesen.
Geprüft werden bei einer Typprüfung der Schweißstromquellen
Durchschlagfestigkeit, Einhaltung der Arbeitsschutz
bedingungen und ähnliche Parameter. Die Prüfung wird durch
dafür autorisierte Überwachungsorganisationen durchgeführt,
wie beispielsweise die TÜV-Organisationen. Dabei wird auch
das Schweißergebnis hinsichtlich der Gefügeausbildung im
Nahtquerschnitt durch eine zerstörende Schweißnahtprüfung
geprüft. Für Schweißstromquellen der gleichen Bauart werden
im Produktionsprozess die Parametertreue und somit
prüfungsgleiche Schweißergebnisse vorausgesetzt.
Durch die DE 195 37 402 A1 ist es auch bekannt, eine Prüfung
und Qualifizierung von Schweißstromgeneratoren vorzunehmen,
indem ein Prüfling nach einem vorgegebenen Muster belastet
und die Verläufe von Strom und Spannung registriert werden.
Als Belastung werden nicht näher definierte ohmsche
Widerstände vorgesehen. Mit herkömmlichen ohmschen
Widerständen, z. B. Drahtwiderständen, kann ein Schweißvorgang
jedoch nur unzureichend nachgebildet werden. Außerdem wären
große Widerstandsbatterien mit erheblichem Platzaufwand
erforderlich.
Um abzusichern, dass die tatsächlich eintretenden
Schweißparameter den vorausbestimmten in einem
Toleranzbereich entsprechen, wird derzeit erwogen, zukünftig
den Nachweis der Parametertreue in wiederholenden Prüfungen
zu fordern. Für Industriebetriebe, die Schweißstromquellen
verwenden, wäre es außerdem wünschenswert, selber ein
entsprechendes Prüfgerät vor Ort einsetzen zu können, um
jederzeit die Erreichbarkeit der eingestellten
Schweißparameter überprüfen zu können. Hierbei ist es
erforderlich, den an der Schweißstelle vorhandenen
Lichtbogenwiderstand nachzubilden. Zur Nachbildung von
Widerständen in dem hier betroffenen Strombereich, z. B. für
Bremswiderstände von großen elektrischen Maschinen, werden
bisher galvanische Bäder benutzt, in die zwei Elektroden mit
einstellbarer Tiefe eintauchen, siehe beispielsweise DE 24 15 089 A1.
Auch als Testbelastung für die Prüfung von
Notstromaggregaten sind Flüssigkeitswiderstände bereits
erwogen worden, siehe DE 40 33 851 A1. Hierzu sind
großvolumige Bäder mit entsprechend großen Wannen
erforderlich, die für das hier anstehende Problem jedoch nur
bedingt geeignet sind. Außerdem bilden Elektrolytbäder
Lichtbogenkennlinien nicht adäquat nach.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen anzugeben, die einen
einfachen Aufbau hat, flexibel vor Ort verwendbar ist und die
eine Lichtbogenkennlinie hinreichend genau nachbildet.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Einrichtung mit
den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte und
vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
Danach besteht die Prüfeinrichtung aus einem Gehäuse, das mit
einem Einlass und einem Auslass für die Zuführung eines
Inertgases versehen ist und in dem eine temperaturfeste
Durchführung für eine in das Gehäuse eintauchende, nicht
abschmelzende, längsverschiebliche, arretierbare Elektrode
vorgesehen ist, die mit einem Pol der zu überprüfenden
Schweißstromquelle verbindbar ist. In dem Gehäuse befindet
sich außerdem eine gegebenenfalls gegen das Gehäuse isolierte
Gegenelektrode, die mit dem zweiten Pol der
Schweißstromquelle verbindbar ist, wobei der Abstand von
nicht abschmelzender Elektrode und Gegenelektrode einstellbar
und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung dieser
Abstand oder andere, den Lichtbogenwiderstand
charakterisierende Parameter ermittelbar sind.
Mit der Prüfeinrichtung kann eine Lichtbogenkennlinie unter
realen Belastungsbedingungen erzeugt werden. Die
signifikanten Parameter Schweißstrom und Schweißspannung
werden bei einem Prüfvorgang bei mindestens zwei
verschiedenen Abständen zwischen Elektrode und Gegenelektrode
ermittelt und registriert, so dass die Belastungskennlinie im
Arbeitsbereich der Schweißstromquelle ermittelt werden kann.
Zur Messung des Schweißstromes ist kein spezielles, den Strom
direkt im Lichtbogen messendes Strommessgerät vorgesehen und
auch nicht erforderlich. Vielmehr dient der Lichtbogen selber
als Grundlage der Parameterbestimmung. Der Strom wird
beispielsweise zweckmäßig anhand der Lichtbogenlänge, das
heißt also dem Abstand von Elektrode und Gegenelektrode, und
dem jeweiligen Durchmesser der nicht abschmelzenden Elektrode
ermittelt. Der Strom nimmt in Abhängigkeit von diesen
Parametern Werte an, die von der Art der Schweißelektrode
unabhängig sind. Möglich ist auch die Verwertung anderer
Lichtbogenparameter. Denkbar sind hierbei die Lichtintensität
oder Wärmestrahlung, aber auch die Gamma-Strahlung oder
Ionisation.
Die Gegenelektrode kann aus Kupfer bestehen und wird
zweckmäßig wassergekühlt. Die nicht abschmelzende Elektrode
besteht beispielsweise aus Wolfram.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die
Zeichnung zeigt eine Prinzipdarstellung einer
erfindungsgemäßen Prüfeinrichtung im Querschnitt.
Die Prüfeinrichtung besteht aus einem Gehäuse 1, in das eine
nicht abschmelzende Elektrode, hier eine Wolframelektrode 2
durch eine temperaturfeste Durchführung 3 hindurch eintaucht.
Die Wolframelektrode 2 ist zusammen mit der Durchführung 3 an
der oberen Wand des Gehäuses 1 verschiebbar. Innerhalb des
Gehäuses 1 ist eine Gegenelektrode 4 aus Kupfer angeordnet.
Da die obere Wand des Gehäuses 1 im Winkel zur Gegenelektrode
4 steht, ist mit einer Verschiebung der Durchführung 3
gleichzeitig der Abstand zwischen der Wolframelektrode 2 und
der Gegenelektrode 4 einstellbar. Gegebenenfalls kann die
Wolframelektrode 2 im Winkel zur Gegenelektrode 4 stehen, um
z. B. möglichst reale Verhältnisse einer Handschweißung
nachzubilden.
Das Gehäuse 1 hat einen Einlass 5 und einen Auslass 6 für ein
Inertgas, beispielsweise Argon. Die Wolframelektrode 2 wird
mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle, die
Gegenelektrode 4 mit dem anderen Pol verbunden. Das Inertgas
steht unter einem geringen Überdruck (ca. 0,1 bar), so dass
im Gehäuse 1 befindliche Luft bei Beginn des Prüfungsvorgangs
ausgespült wird und keine Luft wieder eindringen kann.
Gegebenenfalls kann am Gehäuse 1 ein Überdruckventil
vorgesehen sein, das bei einem bestimmten Überdruck öffnet
und so den Druck im Gehäuse 1 konstant hält. Die
Gegenelektrode 4 ist hohl ausgebildet und weist Anschlüsse 7
und 8 für einen Kühlwasserkreislauf auf.
An der Durchführung 3 ist eine Messeinrichtung 9, im
einfachsten Fall eine Skala, zur Darstellung des Abstandes
zwischen Wolframelektrode 2 und Gegenelektrode 4 vorgesehen.
Die Wolframelektrode 2 ist mittels einer hier nicht gezeigten
Einstelleinrichtung im Abstand zur Gegenelektrode 4
feinstverstellbar und feststellbar. Bei komfortableren
Messeinrichtungen kann die Einstelleinrichtung mit einem
Display oder einem Personalcomputer 10 verbunden sein, die
den Abstand zwischen Wolframelektrode 2 und Gegenelektrode 4
sowie den zugehörigen Schweißstrom direkt anzeigen.
Wie in der Zeichnung angedeutet ist, kann der Winkel zwischen
der Wolframelektrode 2 und der Oberfläche des Gehäuses 1 von
der Senkrechten abweichen, um beispielsweise die Haltung
nachzubilden, die ein Schweißer bei einer Handschweißung
einnimmt.
Die Spannung wird zwischen der Wolframelektrode 2 und der
Gegenelektrode 4 gemessen. Bei verschiedenen
Elektrodenabständen werden Arbeitspunkte der zu prüfenden
Schweißstromquelle ermittelt. Die Arbeitspunkte können durch
einen Kurvenzug verbunden werden und stellen dann die wahre
bzw. simulierte aktuelle Belastungskennlinie der
Schweißstromquelle dar, die mit der vom Hersteller
angegebenen Kennlinie verglichen werden kann. Weichen beide
Angaben signifikant voneinander ab, so deutet das auf einen
Fehler hin, der dann durch weitere Untersuchungen eingegrenzt
und behoben werden muss. Liegt die Abweichung in einem
vorgegebenen Toleranzbereich, so kann die vom Hersteller
angegebene Belastungskennlinie kalibriert werden, so dass für
die Schweißungen die erwartete Kennlinie zur Verfügung steht.
Mit der Prüfeinrichtung gelingt es auch, die
verschiedenartigen Kennlinie von Schweißstromquellen - fast
horizontale bis stark fallende Belastungskennlinie - exakt
darzustellen, was z. B. mit einem galvanischen Widerstand
nicht möglich ist. Insbesondere bei selbsttätig arbeitendem
Schweißeinrichtungen, z. B. in Verbindung mit
Schweißrobotern, sind Schweißstromquellen mit einer
definierten Belastungskennlinie erforderlich, deren
Einhaltung wichtig für die Funktion der Schweißeinrichtung
und die Güte der Schweißnaht ist.
1
Gehäuse
2
Wolframelektrode
3
Temperaturfeste Durchführung
4
Gegenelektrode
5
Einlass
6
Auslass
7
Anschluss
8
Anschluss
9
Messeinrichtung
10
Personalcomputer
Claims (15)
1. Prüfeinrichtung für Schweißstromquellen,
dadurch gekennzeichnet, dass
in einem Gehäuse (1), das mit einem Einlass (5) und einem Auslass (6) für die Zuführung eines Inertgases versehen ist,
eine temperaturfeste Durchführung (3) für eine in das Gehäuse (1) eintauchende, nicht abschmelzende Elektrode (2) vorgesehen ist, die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist,
sowie eine gegebenenfalls gegen das Gehäuse (1) isolierte Gegenelektrode (4) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist,
wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung (10) dieser Abstand oder andere, den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter ermittelbar sind.
in einem Gehäuse (1), das mit einem Einlass (5) und einem Auslass (6) für die Zuführung eines Inertgases versehen ist,
eine temperaturfeste Durchführung (3) für eine in das Gehäuse (1) eintauchende, nicht abschmelzende Elektrode (2) vorgesehen ist, die mit einem Pol der zu überprüfenden Schweißstromquelle verbindbar ist,
sowie eine gegebenenfalls gegen das Gehäuse (1) isolierte Gegenelektrode (4) vorgesehen ist, die mit dem zweiten Pol der Schweißstromquelle verbindbar ist,
wobei der Abstand von nicht abschmelzender Elektrode (2) und Gegenelektrode (4) einstellbar und arretierbar und mittels einer Messeinrichtung (10) dieser Abstand oder andere, den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter ermittelbar sind.
2. Prüfeinrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenelektrode (4) gekühlt ist.
3. Prüfeinrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenelektrode (4) wassergekühlt ist.
4. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gegenelektrode (4) aus Kupfer besteht.
5. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Inertgas Argon ist.
6. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Inertgas unter Überdruck steht.
7. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht abschmelzende Elektrode (2) aus Wolfram
besteht.
8. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die temperaturfeste Durchführung (3) für die nicht
abschmelzende Elektrode (2) aus Keramik besteht.
9. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht abschmelzende Elektrode (2) in einem von der
Senkrechten abweichenden Winkel zur Oberfläche des
Gehäuses (1) angeordnet ist.
10. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht abschmelzende Elektrode (2) in der Ebene einer
Wand des Gehäuses (1) verschiebbar angeordnet ist.
11. Prüfeinrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
die nicht abschmelzende Elektrode (2) in der Ebene der
oberen Wand des Gehäuses (1) verschiebbar angeordnet ist,
die im Winkel zur Ebene der Gegenelektrode (4) angeordnet
ist.
12. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter
die Lichtintensität ist.
13. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter
die Wärmestrahlung ist.
14. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter
die Gamma-Strahlung ist.
15. Prüfeinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der den Lichtbogenwiderstand charakterisierende Parameter
die Ionisation ist.
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WO2003066266A1 (de) | 2003-08-14 |
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