DE1919464A1

DE1919464A1 - Anordnung zur elektrischen Lichtbogenschweissung

Info

Publication number: DE1919464A1
Application number: DE19691919464
Authority: DE
Inventors: Severy Brian John
Original assignee: Lincoln Electric Co Ltd
Current assignee: Lincoln Electric Co Ltd
Priority date: 1968-04-18
Filing date: 1969-04-17
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1245589A; FR2006473A1; NL6905975A; BE731643A; DE1919464B2

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. F. Weickmann,

Dipl.-Ing. H. Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

1919A64

8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

LINCOLN ELECTRIC COMPANY LIMITED
Black Fan Road, Welwyn Garden City,
Hertfordshire, England

Anordnung zur elektrischen Lichtbogenschweißung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur elektrischen Lichtbogenschweißung und insbesondere auf eine Anordnung,' die eine Elektrode vor Ziehen eines Lichtbogens vorzuwärmen und anschließend unter Aufrechterhaltung des Lichtbogens in einem stabilen Zustand zu halten erlaubt.

Es ist bekannt, bei einer Anordnung zur elektrischen Lichtbogenschweißung eine Plaupt-Schweißstromquelle .zu verwenden, die so angeordnet"ist, daß sie einen Speisestrom an einen Schweißkreis abgibt, der eine bewegbare Drahtelektrode und ein V/ericstück umfaßt. Ein Steuergenerator ist gegensinnig zu der HauptSchweißstromquelle geschaltet; er liegt mit einem Elektromotor in Reihe, der so angeordnet ist, daß er den Elektrodendraht auf das Werkstück zu und von diesem weg zu bewegen vermag, und zwar entsprechend der Differenz

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zwischen den Ausgangsspannungen- der Stromquelle und des Steuergenerators. Der Steuergenerator.und der Motor sind dem Schweißkreis parallelgeschaltet.

Um den Zweck der vorliegenden Erfindung zu'erläutern, soll zunächst an einem Beispiel die Betriebsweise einer solchen typischen Anordnung-näher betrachtet werden. Bei diesem Beispiel ist die Hauptsehweißstromquelle ein elektrischer Gleichstromgenerator. Der Steuerstromgenerator und der Elektromotor sind mit dem Schweißkreis derart ver- ^ bunden, daß in dem Fall, daß der Eauptschweistromgenerator bei geringer Feldwicklungserregung eingeschaltet wird,der Steuerstromgenerator und der Elektromotor einen Stromkreis schließen, in dem der Motor derart gesteuert wird, daß die Drahtelektrode langsam an das Werkstück herangeführt wird.

Wenn die Drahtelektrode das Werkstück berührt, sind der Steuerstromgenerator und der Elektromotor über die Schweißstelle hinweg kurzgeschlossen; die Erregung geht damit zurück. Die Folge hiervon ist, daß der Motor aufhört, die Draht elektrode zu bewegen.. Dem aus dem Haupt gener at or fließenden KurzschluEstrom ist ein Wert gegeben, der gerade ausreicht, die Drahtelektrode auf eine unterhalb ihres ψ Schmelzpunktes liegende Temperatur zu erwärmen. Die Anordnung ist damit für die Ausführung eines Schweißvorganges bereit.- Anschließend liefert ein Hilfsgenerator einen höheren Strom an die Feldwicklungen des Hauptgenerators, des Steuerstromgenerators und des Elektromotors. Durch den von dem Hauptgenerator gelieferten Strom wird der Elektromotor derart gesteuert, daß er die Hauptelektrode von dem Werkstück abhebt und damit die Ausbildung eines Lichtbogens bewirkt. Wenn die Spannung des Eauptgenerators auf einen Wert ansteigt, der hoher ist als der durch den Steuerstromgenerator erzeugte Wert, kehrt sich die Eichtung des dem

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Elektromotor zugeführten Stromes um. Dadurch wird die Elektrode wieder zu dem Werkstück hin bewegt. Der Steuerstromgenerator und der Hauptgenerator sind gegensinnig wirkend angeordnet, so daß der dem Elektromotor zugeführte Strom stets die resultierende Größe zwischen den beiden Größen i.st. Auf diese Weise wird ein sich selbst einstellender Lichtbogen erzeugt.

Anordnungen der beschriebenen Art arbeiten gut mit Schweißgeneratoren; in einigen Eällen ist es jedoch zweckmäßig, stationäre Speisequellen, wie Transformatoren und Gleichrichter, zu verwenden. Mit der Verwendung derartiger Einrichtungen treten jedoch Probleme auf, da deren Ausgangskennlinien dazu führen, daß die Drahtelektrode im Kurzschlußfall überhitzt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lichtbogenschweißanordnung zu schaffen, bei der diese Schwierigkeiten überwunden sind.

Zur Lösung dieser Aufgabe geht die Erfindung aus von einer Anordnung■zur elektrischen Lichtbogenschweißung, unter Verwendung einer Hauptschweißstromquelle, die einen Speisestrom an einen Schweißkreis abgibt, der ein Werkstück und eine bewegbare Drahtelektrode umfaßt, die mit Hilfe eines Elektromotors entsprechend der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Hauptschweißstromquelle und eines Steuerstromgenerators auf das Werkstück zu bzw. von diesem v:e£r bewegbar ist, und zwar derart, daß sich zwischen ihr und dem Werkstück ein sich selbst einstellender Lichtboren ausbildet. Diese Anordnung ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet,· daß eier Steuergenerator und der Motor während eines Kursschlusses zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück unwirksam geschaltet sind, daß die HauptschweiE-

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stromquelle so ausgelegt ist, daß sie auf einen Eingangs-Wechselstroia hin einen Ausgangs-Gleichstrom abgibt, daß Einrichtungen vorgesehen sind, die entsprechend der Spannung in dem Schweißkreis die Richtung des den Motor durchfließenden Stromes steuern, daß eine Hilfs-Speisequelle vorgesehen ist, die dem Schweißkreis einen derartigen Gleichstrom zuführt, daß.sich die Drahtelektrode ohne zu schmelzen erwärmt, und daß Einrichtungen vorgesehen sind, die bei Erwärmung der'Drahtelektrode durch die Hilfs-Speisequelle eine Speisung des Schweißkreises durch die Hauptschweißstromquelle verhindern.

An Hand einer Zeichnung wird die Erfindung nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. ■

In der Zeichnung ist eine Hauptschweißstromquelle 1 dargestellt, die an einen Schweißstromkreis 2 angeschlossen ist. Dieser Schweißstromkreia 2 umfaßt eine Drahtelektrode und ein (nicht speziell dargestelltes)Werkstück. Eine zusätzliche Speisequelle 3 (Start-Speisequelle) ist ausgangsseitig der Ausgangsseite der Hauptschweißstromquelle 1 parallelgeschaltet. Ein Steuerstromgenerator 4 und ein Elektromotor 5 sind mit ihren Ankeranschlüssen in Reihe geschaltet und mit dem Schweißstromkreis verbunden, und zwar über· Umpol-Relaiskontakte 6 und 7 und einen Dreipolschalter 8. Durch Ililfs-Relaiskontakte 9 und 10 sind zwei weitere Unterbrechungsstellen in dem Stromkreis zwischen dem Anker des Motors und dem 3chwei_3strornkreis 2 sowie zwischen dem Dreipolschalter und dem Schweißstromkreis vorhanden. Die Umpol-Relaiskontakte werden durch eine Umpol-Relaiswicklung 11 betätigt, die mit einem weiteren üilfs-Relaiskontakt 12 in Reihe geschaltet ist. Dieser Relaiskontakt 12 ist so angeordnet, daß er normalerweise geschlossen ist und daß er öffnet, wenn eine Hilfs-Relaisspule 21 erregt ist. Die Wicklung 11 und der Kontakt 12 sind an den Schweißkreis derart angeschlossen,

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daß das Umpol-Relais nur dann erregt werden kann, wenn das Hilfs-Relais aberregt und der· Sehweißkreis sich im hochohmigen Zustand befindet. Die Umpol-Relaiskontakte und 7 bewirken eine Richtungsumkehr des von dem Steuerstromgenerator 4- dem Elektromotor 5 zugeführten-Stromes. Auf diese Weise wird der Motor derart gesteuert, daß er die Drahtelektrode in Richtung auf das Werkstück zu bewegt. Wenn die Drahtelektrode das Werkstück berührt, schließt der Schweißkreis die Erregerwicklung- 11 des Umpol-Relais kurz. Dadurch kehrt das Umpol-Relais in seinen normalen Zustand zurück.

Ein Hilfs-Netzgerät 13 ist hier so ausgelegt, daß es einen Strom an die Feldwicklung 14 des Elektromotors 5 und an die Bildwicklung des Steuerstromgenerators 4 abzugeben vermag, und zwar über einen Kontakt 15 eines Hauptrelais 16 und über einen Spannungs-Regelwiderstand 17 für den Fall, daß die Umpol-Relaisspule 11 aberregt und ein Kontakt 2^LY in der linken Lage, (bei der in der Zeichnung gewählten Darstellungsweise) ist, oder über einen einstellbaren Widerstand 18 und einen ütromregelwiderstand 19 für den Fall, daß die Umpol-Relaisspule 11 erregt ist. Das Plilfs-iletzgerät 13 ist ferner so ausgelegt, daß es einen Speisestrom über den Dreipolschalter 8 und einen Start-Schalter 20 an die Erregerspulen 16 und 21 des Hauptrelais und des iiilfsrelais abzugeben vermag. Das llauptrelais besitzt einen Kontakt 22, der dem Start-Schalter 20.parallel liegt« Auf diese Weise kann der Start-Schalter nach erfolgter Erregung des- Haupt-Relais losgelassen werden. Ferner besitzt das Haupt-Relais einen normalerweise geschlossenen Kontakt 23 im Stromkreis des zusätzlichen Start-Netzteiles Dadurch wird dieses zusätzliche Netzteil abgeschaltet, nachdem die Hauptschweißstromquelle eingeschaltet ist«

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Die vorstehend betrachtete Schaltung arbeitet wie·folgt.. Die Hauptschweißstromquelle 1, das Hilfs-Netzteil 13 und das zusätzliche Start-Netzteil 3 v/erden eingeschaltet. .. Ferner wird der Anker des Steuerstromgenerators 4.in Be-wegung gesetzt. Die Feldwicklung 14 des Elektromotors 5. wird erregt, wenn das Hilfs-Netzteil 13 eingeschaltet ist. Der Dreipolschalter 8 schaltet eine Verbindung zwischen dem zusätzlichen Start-LMetzteil 3 und dem Schweißkreis M-.. Ferner wird mit LiIfe dieses Schalters eine Verbindung von dem HiIfS-Ketzteil 13 zu dem Start-Schalter 20 und dem Hauptrelaiskontakt 22 hergestellt. Außerdem wird durch den genannten Schalter der Anker des Steuerstromgenerators mit dem dazu in Reihe liegenden Anker des Elektromotors 5 an den 3chwoißkreis 2 angeschaltet..Dieser Stromkreis ist jedoch durch Kontakte '-) und 10 des Hilfs-Relais 21. noch unterbrochen. Das zusätzliche Start-Netzteil 3 gibt an den Schweißkreis- 2 eine Spannung ab, die durch die ,ümpol-Re- .. laissj-jule 11 überwacht; wird,, das die Kontakte 6 und 7 zu . betätigen erlaubt. Mit Betätigen dieser Kontakte ist.die . Reihenschaltung der Anker des Steuerstromgenerators 4 und des Elektromotors 5 geschlossen, so. daß dann der Elektromotor den (hier nicht gezeigten) Slektrodendraht zu dem . Werkstück hin bewegt. Die Spule:11 betätigt ferner den Kontakt 24, über den die Feldwicklung des Steuerstromgenerators 4 mit einem einstellbaren Widerstand IS und einem Stellwiderstand 19 an das Hilfs-Netzteil 13 angeschaltet wird. Berührt die Elektrode das Werkstück, so sinkt die an dem Schweißkreis 2 vorhandene '■Spannungsdifferenz auf Null. Dadurch wird die Umpol-Relaisspule 11 nicht mehr erregt, wodurch die Kontakte 6, 7 und 24 in ihre jeweilige Normallage zurückkehren, in welcher der Steuerstromgenerator 4 zu dem Elektromotor 5 entgegengesetzt gepalt ist. Der¹ durch die Draht elektrode fließende Kurzschlußstrom erwärmt die Elektrode auf eine Temperatur, die gerade unterhalb des Schmelzpunktes liegt. Der Start- .

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schalter 20 kann nunmehr betätigt werden; ist dies erfolgt, so werden die Hauptrelaisspule 16 und die Hilfsrelaisspule 21 erregt. Dadurch zieht der Kontakt 22 des Hauptrelais an, so daß der Start-Schalter 20 freigegeben werden kann. Bei dem Start-Schalter 20 kann es sich um einen Drucktastenschalter handeln. Der Kontakt 25 des Hauptrelais wird geschlossen, wodurch die HauptL-schweißstromquelle 1 an den Schweißkreis 2 angeschaltet ist. Der Kontakt 15 des Hauptrelais wird geschlossen, wodurch die Feldwicklung des Steuerstromgenerators M- mit dem Spannungs-Regelwiderstand 17 in Reihe geschaltet ist. Der Kontakt 2$ des Hauptrelais wird geöffnet, wenn der von der liauptspeisequelle 1 gelieferte Strom ansteigt. Dadurch wird die zusätzliche Start-Speisequelle 5 von der Schaltung abgetrennt. Die Kontakte 9 und 10 des Kilfs-Relais werden geschlossen und schalten die in Reihe liegenden Ankerwicklungen des Steuerstromgenerators 4- und des Elektromotors 5 en den Schweißkreis 2 an. Die durch die Stellung der Kontakte G und 7 des Umpol-Relais bestimmte Stromrichtung ist dabei derart, daß der Elektromotor 5 cie Drahtelektrode von dem Werkstück weg -bewegt, und zwar ent/.e'jen der Uirkunr des Stromes, der von der Hauptstromquelle 1 geliefert wird. Dieser Strom versucht nümlich^den Elektromotor 5 derart zu steuern, daii die Elektrode zu. dem w'erivstücl: hin bewegt wird. Der Kontakt 12 des LEilfs-Relais öffnet una führt zur Aberregung der Unpol-Relaisspule. Dies-erfolgt, nachdem die Hauptstromquelle dem Schweißkreis einen Strom zuführt.

Der Steuerstronigenerator M ist so ausgelegt, da£ sein Ausgangs strom nach erfolgter Einschaltung v/es ent lieh schneller ansteigt als der Ausgangsstrom der Hauptstromquelle 1. Auf diese Weise wird die Drahtelektrode zunächst von dem Werkstück abgehoben, um einen Lichtbogen zu bilden. Wenn der von der Hauptstromquelie 1 gelieferte Strom den von der Steuerstromquelle 4 gelieferten Strom übersteigt,

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wird die Elektrode angehalten und zu dem Werkstück hin geführt. Die Stellung der Elektrode wird danach an Hand der Differenzspannung bestimmt, die zwischen der Hauptstromquelle 1 und dem Steuerstromgenerator 4- erzeugt , wird. Auf diese V/eise ist ein "sich selbst einstellender Lichtbogen" erzielt. ■ . " . ·

Es dürfte einzusehen sein, daß sowohl die Hauptschweißstromquelle 1 als auch das zusätzliche Start-Netzteil 3 "stationäre" Einrichtungen oder Transformator-Gleichrichter-Einrichtungen sind, wie das Hetzteil 13, und dem gemäß auf einen Eingangs-Wechselstrom hin einen Ausgang-Gleichstrom abgeben.

Die in der Zeichnung dargestellte Schaltung enthält'noch einen dem Schweißkreis parallelgeschalteten Spannungsmesser und einen dem Schweißkreis in Reihe geschalteten Strommesser. ■

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Claims

Patentansp r ü c h e

Anor&nung zur elektrischen Lichtbogenschweißung, unter Verwendung einer Hauptschweißstromquelle, die einen Speisestrom an einen Schweißkreis abgibt, der ein Werkstück und eine bewegbare Drahtelektrode umfaßt, die mit Hilfe eines Elektromotors entsprechend der Differenz zwischen den Ausgangsspannungen der Hauptschweißstromquelle und eines Steuerstromgenerators auf das Werkstück zu bzw. von diesem weg bewegbar ist, und zwar derart, daß sich zwischen ihr und dem Werkstück ein sich selbst einstellender Lichtbogen ausbildet, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromgenerator (4-) und der Motor (5) während eines.Kurzschlusses zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück unwirksam geschaltet sind, daß die Hauptschweißstromquelle (-1) so ausgelegt ist, daß sie auf einen Eingangs-Wechselstrom hin einen Ausgangs-Gleichstrom abgibt, daß Einrichtungen (11,6,7) vorgesehen sind, die entsprechend der Spannung in dem Schweißkreis die Richtung des den Motor (5) durchfließenden Stromes steuern, daß eine Hilfs-Speisequelle (3) vorgesehen ist, die dem Schweißkreis (2) einen derartigen Gleichstrom zuführt, daß sich die Drahtelektrode ohne zu schmelzen erwärmt, und daß Einrichtungen (16,23,25) vorgesehen sind, die bei Erwärmung der Drahtelektrode durch die Hilfs-Speisequelle (3) eine Speisung des Schweißkreises durch die Hauptschweißstromquelle -(1) verhindern.

Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die Hichtung des den Motor (5) durchfließenden Stromes steuernden Einrichtungen (11,6,7) so ausgelegt sind, daß sie bei nicht kurzgeschlossenem Schweißkreis (2) die Richtung des von dem Steuerstromgenerator (4) dem

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Motor (5) zugeführten Stromes umkehren, woraufhin der Motor (5) die Drahtelektrode auf das Werkstück zubewegt.

Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (23) vorgesehen sind, die bei Auftreten eines Lichtbogens zwischen der Drahtelektrode und dem Werkstück zufolge eines von der Hauptschweißstromquelle (1) gelieferten Stromes'die Erwärmung der Elektrode durch die Hilfs-Speisequelle (3) beenden.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromgenerator (4) und der Motor (5) mit ihren Ankerwicklungen in Reihe liegend dem Schweißkreis (2) parallelgeschaltet sind.

Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4-, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuerstromgenerator (4-) so ausgelegt ist, daß er auf seine Inbetriebsetzung hin eine Ausgangsspannung abgibt, die wesentlich schneller ansteigt als die Ausgangsspannung der Hauptschweißstromquelle (1).

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