DE2241529A1

DE2241529A1 - Schweisstromgenerator

Info

Publication number: DE2241529A1
Application number: DE2241529A
Authority: DE
Inventors: Serge Paulange
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-10-01
Filing date: 1972-08-24
Publication date: 1973-04-05
Also published as: FR2160691A1; FR2160691B1; US3789230A; IT964824B; GB1403995A

Description

Patentanwälte

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526-19.293P(19.294H) ■ 24. 8. 1972

Serge PAULANGE. Nantes (Frankreich)

Schweißstromgenerator

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum automatischen Lichtbogenschweißen mit unschmelzbaren Elektroden. Sie betrifft insbesondere Schweißvorrichtungen, die nach dem (französischen) TIG-Verfahren arbeiten» Sie bezieht sich genauer ausgedrückt auf Stromerzeuger oder Generatoren, die dazu bestimmt sind, abhängig von den gewünschten Betriebsbedingungen einen gepulsten Schweißstrom mit sehr unterschiedlichen Kennwerten zu erzeugen»

Es ist bekannt, daß ein gepulster Schweißetrom sehr gute Ergebnisse liefert. Tatsächlich dringt während der Stromstärkespitisen die Sciiweißrang tief ein, und dies ohne Steigerung der erhöhten Temperatur des Metalls in das Abrichten der Schwelung. Dias ©riatsbt darüber hinaus -eia Ar-

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beiten in beliebigen Stellungen des Schweißkopfes, wobei das flüssige Metall lediglich infolge der Schwerkraft fließt. Weiterhin wird auch die Entgasung verbessert. Diese schon bekannten Eigenschaften sind besonders nützlich, wenn automatisch gearbeitet wird.

Diese Stromstärkeimpulse können von stoßartigen Steuervoreilungen begleitet werden, die vom Betrag des Auftragmetalls (anders ausgedruckt vom Abwickeln des Drahtes, wenn dieser auf Spulen gewickelt ist), von der Elektrode entlang ihrer Achse, vom Schweißkopf, der die Elektrode und den Draht trägt (parallele Verschiebung oder Schweißnaht) herrühren. Die Qualität der Stromstärkeimpulse einerseits und andererseits die Möglichkeit, deren Kennwerte zu verändern, sind sehr wichtig.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Schweißstromes anzugeben, bei der mögliche Hilfseinrichtungen mit anderen Parametern, die die Elektrode oder gegebenenfalls den Draht des Auftragmetalls betreffen, nicht näher in Betracht gezogen werden* Bis jetzt erhält man mit einer gewissen Annäherung die Art des gewünschten Stromes, indem der vorgesehene Generator oder Stromerzeuger für eine sehr begrenzte Betriebsskala angepaßt oder transformiert oder verändert wird. Je nachdem, ob es sich beispielsweise um einen konstanten Gleichstrom, einen Wechselstrom oder einen gepulsten Strom handelt, verwendet man verschiedene Generatoren oder Stromerzeuger. Die Anzahl der Möglichkeiten ist schließlich durch die Stromquellen begrenzt, über die verfügt wird. Deren Veränderung bringt auch zusätzliche Operationen mit sich.

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Auf der änderen Seite ist für gewisse Betriebsarten ein gepulster Strom erforderlich, der in der Fig. 1 (Stromstärke i in Abhängigkeit von der Zeit t) dargestellt ist. Die Anstiegsflanke F des Pulses» d. h. der Abschnitt GD, der den Übergang von der minimalen Stromstärke A zur maximalen Stromstärke B wiedergibt, ist praktisch senkrecht ohne Störungen bei C und D. Dies ist ebenso bei E und G-, die zusammen die Periode P dieser Impulse bilden. Die Spitzen (oder das Maximum) des Stromes müssen stabil und reproduzierbar sein. Die heute bekannten Vorrichtungen erlauben es nicht, derartige Kennwerte mit ausreichender Genauigkeit zu erhalten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung vermeidet die oben beschriebenen Nachteile. Mit einer einzigen Vorrichtung, die im folgenden als Stromerzeuger bezeichnet wird, kann ein gepulster Strom mit einer Anstiegsflanke F sehr genau erhalten werden, der der theoretischen Darstellung des Stromes in der Fig. 1 entspricht (für beliebige Werte von A, B und P). Dies gilt für einen Gleichstrom, einen Wechselstrom, einen modulierten Wechselstrom, einen gepulsten Strom mit einer beliebigen Periode, dessen Spitzen ein besonderes Profil aufweisen können.

Die große Genauigkeit und die senkrechte Ausbildung der Anstiegeflanken F des Pulses werden dank der nur auf die Sekundärwicklung des Transformators (der die Stromquelle bildet) bezogenen Regelungsart erhalten, welcher schnelle Unterbrecher (Thyristoren) zugeordnet sind, die die Impulse hervorrufen, wobei der Transformator ständig gesättigt ist.

Die Vorrichtung kann einen gesteuerten Gleichrichter

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bilden, der mit einem konstanten oder nichtkonstanten (aber bestimmten) Strom eine automatische Schweißanlage speist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im wesentlichen gebildet durch zwei Sekundäretromerzeuger für den Strom (der eine ist einphasig, der andere dreiphasig), die im folgenden als Quellen bezeichnet werden, damit sie nicht mit dem Generator verwechselt werden, der durch ihre Vereinigung in derselben Vorrichtung entsteht· Diese beiden Quellen werden durch die Sekundärwicklungen von Transformatoren gebildet. Sie enden zusammen an der Elektrode. Ihre Stromstärken überlagern sich mit anderen Worten in jedem Augenblick. Andere Bauelemente oder Halbleiterbauelemente sind diesen Quellen zugeordnet.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen gepulsten Strom in einer theoretischen

Ausbildungsform (Stromstärke i in Abhängigkeit von der Zeit t)|

Fig. 2 ein Schaltbild der Quellen und der Hauptbauelemente,

Fig. 3 ein Beispiel für einen gleichgerichteten Strom, der durch eine dreiphasige Quelle oder Drehstromquelle geliefert wird ι

Fig. k ein Beispiel für einen gepulsten Strom zwischen Null und einem maximalen Wert, der durch die

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einphasige Quelle mit einem Thyristor geliefert wird;

Fig. 5 den durch die Überlagerung der beiden Quellen (Fig. 3 und h) erzeugten Strom;

Fig. 6 ein anderes Beispiel eines anderen gepulsten

Stromes init einer gleichgerichteten dreiphasi-' gen Quelle oder Drehstroraquelle;

Fig. 7 ein anderes Ausführungsbeispiel des in der Fig. 6 dargestellten Wechselstromes;

Fig. 8 und 9 andere Arten desselben Stromtyps;

Fig. 10 einen gepulsten Wechselstrom mit periodischen Modulationen;

Fig. 11 einen durch Vereinigung der beiden Quellen erzeugten konstanten Gleichstrom; .

Fig. 12 einen gepulsten Strom, dessen Spitzen eine bestimmte Form aufweisen.

Die beiden in derselben und einen Stromerzeuger" bildenden Vorrichtung vorgesehenen Stromquellen können entsprechend dem Typ des gewünschten Schweißstromes auf verschiedene Art zusammengesetzt werden. Eine Möglichkeit besteht darin, daß eine dreiphasige Wechselstromquelle 1 aus Sekundärwicklungen 2, 3 und k eines Transformators in einer Dreieckschaltung oder einer Sternschaltung, die in der Fig. 2

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dargestellt ist, zusammengefügt wird. Die Gleichrichtereinheit 5 liegt ständig in der Erzeugerschaltung des Stromes. Dieser Strom wird durch drei sättigbare Selbstinduktionsspulen (oder Induktivitäten) 6, 7, 8 geregelt, die von einem Steuerpult aus über geeignete Einrichtungen, wie beispielsweise Potentiometer, gesteuert werden. Die andere ist eine Stromquelle 9 für einen einphasigen Strom, die durch die Sekundärwicklung 10 eines Transformators gebildet wird. Dessen Strom wird durch eine ferngesteuerte sättigbare Selbstinduktionsspule 11 gesteuert. Wenn der Kontakt 12 geschlossen ist, dann kann die Stromquelle ihren Wechselstrom direkt parallel zur Quelle 1 zur Elektrode 15 speisen. Wenn der Kontakt 12 geöffnet ist, dann führt die Quelle 10 zu einer Gleichrichtereinheit 13, die Über periodischen Unterbrechern ~\k und i4a liegt. Diese Unterbrecher können vorzugsweise elektronische Bauelemente sein, die durch die dargestellten Thyristoren Ik und i4a gebildet werden, welche den Strom mit einer vorbestimmten Periode P öffnen und schließen. Die beiden Quellen (einphasige Quelle 9 und dreiphasige Quelle 1) liegen parallel zur Schweißelektrode 15* Der andere Leiter 15a kann auf Erdpotential liegen.

Im Ergebnis ist die Quelle 1 immer gleichgerichtet. Die Quelle 9 kann gleichgerichtet oder nicht gleichgerichtet sein, abhängig von der Stellung des Kontaktes 12. Sie kann einen gepulsten Strom (oder nicht) durch die periodischen Unterbrechungen der Thyristoren I^ und i4a erzeugen. Die Stromimpulse, die dann durch die Gleichrichtereinheit 13 gleichgerichtet werden, können durch die Regelung der sättigbaren Selbstinduktione-Spule 11 moduliert werden. Die sättigbaren Selbstinduktionsspulen (6, 7, 8 auf der einen Seite und 11 auf der anderen Seite) erlauben es, all-

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gemein ausgedrückt, einen geregelten und gegebenenfalls oszillierenden Strom mit sich wiederholenden Polgen durch eine Steuervorrichtung zu erhalten. Diese können leicht beliebig in die Steuerschaltung eingeführt werden.

Es ist festzustellen, daß die Regelung nicht bei der Primär- sondern bei der■Sekundärwicklung jedes Transformators durchgeführt wird. Die Primärwicklung bleibt gesättigt. Im Falle eines gepulsten Stromes können daher die Thyristoren, deren Ansprechgeschwindigkeit bekannt ist, beinahe augenblicklich den gewünschten Strom liefern, und dies ohne Verzögerung oder Veränderung. Hieraus erklärt sich die scharfe und die senkrechte Ausbildung der Anstiegsflanke F (Fig. 1). Es ist zu bemerken, daß eine gewünschte Veränderung der Signalform durch Steuerung mit der komplementären Regelung über die. sättigbaren Selbstinduktionsspulen erhalten werden kann.

Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird die dreiphasige Quelle 1 bis auf einen Wert 16 (Fig. 3) gleichgerichtet. Die einphasige Quelle 9 (Sekundärwicklung 10) wird zuerst bis auf einen Wert 17 gleichgerichtet, wobei der Kontakt 12 geöffnet ist (Fig. k). Er wird regelmäßig während einer gewissen Zeit S alle P Sekunden durch die Thyristoren 14 und i4a unterbrochen, die augenblicklich den Strom mit der Stärke 17 freisetzen, der durch die sättigbare Selbstinduktionsspule 11 erhalten wurde. Der durch diese Quelle erhaltene Strom ist durch die Kurve 18 wiedergegeben. Die parallele Überlagerung dieser beiden Quellen liefert einen Strom der Form 19 (Fig. 5). Die Spitzen (oder das Maximum) des Stromes 20 haben einen Wert, der der Summe der Werte 16 und 17 entspricht. Der minimale Wert ist der-

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jenig·, der durch die dreiphasige Quelle nach der Gleichrichtung geliefert wird (d. h. der Wert 16). Es ist su bemerken, daß in diesem Fall die Elektrode immer mit der gleichen Polarität gespeist wird (positiver Restwert und gleich zum Wert i6).

Gemäß einem anderen AusfUhrungabeispiel vermeidet man den Gleichrichter der einphasigen Quelle 9 durch den Kontaktgeber 12. Der Wechselstrom 21 wird in seiner Amplitude durch die sättigbarβ Selbetinduktionsspule 11 geregelt. Die andere dreiphasige Quelle 1 wird beim Wert 22 gleichgerichtet. Man kann daher beim Wert 23 einen regelmäßigen Wechselstrom erhalten, dessen Periode derjenigen des verwendeten Netzes entspricht (Fig. 6). In der Fig. 7 ist der sich ergebende Strom Zh dargestellt, der mit dem Strom der Quelle 9 vermischt ist, da die Quelle 1 einen Strom mit dem Wert Null gibt. Die Polaritäten wechseln dann bei jeder Schwingung des Stromes. Diese Vorrichtung ist beispielsweise für Leichtmetalle geeignet. In Fig. β ist ein anderer Typ des sich ergebenden Stromes 25 mit derselben Polarität und einem ausreichend beträchtlichen Restwert dargestellt. In Flg. 9 ist der sich mit einer einphasigen Quelle 9 ergebende Strom 26 dargestellt, wobei die Quelle einen Wechselstrom 27 abgibt. Die gleichgerichtete Quelle 1 liefert dann einen leicht gepulsten Strom, wie beispielsweise den Strom 28.

Gemäß einem anderen Aueführungebeispiel (Fig. 10) erzeugt man mit der dreiphasigen Quelle 1 einen gleichgerichteten konstanten Strom 29· Die Quelle 9 liefert einen Wechselstrom der Periode h. In regelmäßigen Intervallen (P see) moduliert man den Strom 30, indem die Schwingungen während

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einer kürzen Zei'tdäuer fc· durch" die Folgesteuerung de*» t'igbären Selbstindukti'önsspule 1 ΐ Unterdrücker oder 'gedämpft werden¹. Mari' erhält so einen Strom 31- mit Impulsen der- Periode h, der in regelmäßigen Zeitintervallen P moduliert ist.

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Man kann mit dieser Vorrich-tung auch einen großen Schweißgleichstrom 33 erhalten- ^Überlagerung der gleichgerichteten Ströme 31 UM '32, die entsprechend der Fig. 11 ^s von den beiden Quellen herkommen}. Es ist auch möglich,' di,e oberen Kanten 3h der Signalform des gepulsten' Stromes,' wie. in der Fig. 12 dargestellt, zu deformieren. Dies erfolgi; durch die Kombination der Regelung der DurcHsehlagspörio-' dein der Thyristoren der einphasigen Qüellö 9 mit der Rege*- lung der sät'tigbaren SelbstindukMohsspule IT derselben Quelle oder mit der Regelung der sättigbären Selbstihduktioxlsspulen 6, 7» 8 ■ der dreiphasigen Quelle_e ■

Die für jede Quelle 1 und 9 erforderlichen Zusätzgeräte sind in der Fig. 2 beispielsweise dargestellt und im selben Gehäuse,' das' als Stromerzeuger oder Generator be- * zeichnet wird,Γ untergebracht. '

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung„.gji-üd freispielsweise alle Kombinationen zwischen den oben beschriebenen Ausführungsbe^is^ieJeTn möglich. Es ist selbstverständlich, daß di& «Segelung der Stromstärke (gepulst oder nicht gepulst) auch durch andere Einrichtungen als durch sättigbare Selbstinduktionsspulen (oder Induktivitäten), die oben beschrieben wurden, durchgeführt werden kann, vorausgesetzt, daß diese Einrichtungen eine Regelung der Kennwerte des Stromes erlauben (Perlode, maximaler Wert usw.), wenn der Strom gepulst ist. Auf gleiche Welse können natürlich

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die Gleichrichter durch beliebige Bauelemente ersetzt werden, die für diese Wirkung geeignet sind.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird bei Stromerzeugern für automatisches Schweißen mit einer nichtschmelzenden Elektrode angewendet. Sie kann unter bestimmten Umständen, die mit den verschiedenen Möglichkeiten des Betriebes vereinbar sind, auch als Stromerzeuger für einen gepulsten Schweißstrom mit schmelzenden Elektroden angewendet werden.

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Claims

Patentansprüche

N^J^jrXvorrichtung zur Einspeisung eines Schweiß stromes in automatische Schweißgeräte mit einer nichtschmelzenden Elektrode, die vorzugsweise nach dem (französischen) TIG-Verfahren arbeiten, wobei der Strom ein gepulster Strom oder ein Gleichstrom sein kann, dadurch gekennzeichnet , daß in einem Gehäuse zwei Stromquellen (1, 9) von einem Wechselstromnetz' gespeist werden, ,wobei die eine einphasige Stromquelle (9) durch die Sekundärwicklung (1O) eines Transformators und die andere dreiphasige Stromquelle (i) durch die drei Sekundärwicklungen (2, 3, k) des Transformators, die in Stern- oder in Dreieckschaltung geschaltet sind, gebildet wird, daß die Stromquellen (1, 9) den Strom parallel zur Elektrode (i5) in überlagerter Strom stärke liefern, daß die Stromquellen (i, 9) in ihrer Stärke unmittelbar am Ausgang von jeder der Sekundärwicklungen des Transformators durch eine Regelungseinrichtung^^—7τ&, T1 geregelt werden, daß die dreiphasige Stromquelle (i) sodann den Strom Über eine Gleichrichtereinheit (5) einspeist, und daß die einphasige Stromquelle (9) nach ihrer Regelung den Strom direkt in die Schaltung der anderen Stromquelle zur Elektrode (15) einspeisen oder mindestens über einen periodischen Unterbrecher (iV, 1^a) und sodann über eine weitere Gleichrichtereinheit (13) einspeisen kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der in der Schaltung der einphasigen Stromquelle (9) vorgesehene periodische Unterbrecher ein Thyristor (i^, iha.) ist, durch den die Impulsintervalle von einem Steuerpult aus steuerbar sind.

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3· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelungseinrichtung für die Stromstärke von jeder der beiden Stromquellen (1, 9) durch eine sMttigbare Selbstinduktionsspule (6, 7, 8, 11) oder eine Induktivität gebildet wird, die auf jeder der Phasen vorgesehen ist, wobei die sättigbare Selbstinduktionsspule (6, 7, 8, 1i) ihrerseits durch eine an ein Steuerpult angeschlossene Schaltung steuerbar ist.

h. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der sättigbaren Selbstinduktionsspulen (6, 7t ^t 11) Über eine Einrichtung zur Regelung der Amplitude des Stromes und eine Einrichtung zur Veränderung dieser Amplitude in periodischer Weise erfolgt, wobei jede der Einrichtungen beliebig zusammen oder getrennt einwirken kann.

5. Vorrichtung nach Anspruch k_t dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur periodischen Veränderung der Amplitude Über die zwischengeschaltete sättigbare Selbstinduktionsspule ein Drehprogrammgeber 1st, der dem Strom Impulse oder periodische Modulationen aufprägt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Transformator gesättigt ist, wodurch die Regelungseinrichtungen oder die Unterbrecher ohne Verzögerung arbeiten.

7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da- . durch gekennzeichnet, daß der Strom der einphasigen Strom-

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quelle (9), der die Regelungseinrichtung für die Stromstärke durchläuft, entweder direkt in die Schaltung der anderen Stromquelle (i) (zur Elektrode) oder in dieselbe Schaltung über einen öder mehrere periodische Unterbrecher (i4, i4a) und dann über eine Gleichrichtereinheit (13) durch einen Schalter in dem Teil der Schaltung, der direkt zur anderen Stromquelle führt, fließen kann, wobei der Schalter dem oder den periodischen Unterbrechern (i4, i4a) zugeordnet ist, um alle möglichen Kombinationen durch Überlagerung des gleichgerichteten oder nioht gleichgerichteten einphasigen Stromes mit dem durch die dreiphasige Stromquelle (i) erzeugten, gleichgerichteten und modulierten oder nichtmodulierten Strom zu erhalten.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7_t dadurch gekennzeichnet, daß das eine Gehäuse, das die beiden Stromquellen (einphasig und dreiphasig) mit ihrem Zubehör enthält, aufweist: ein Bedienungselement zur Regelung der Stromstärke jeder Stromquelle, ein Bedienungselement zur Regelung der Zeit und der Periodizität des Durchbruchs der Thyristoren, ein Bedienungselement zur Regelung der periodischen Modulationen durch die sättigbaren Selbstinduktionsspulen, ein Bedienungselement zum Öffnen und Schließen des Unterbrechers oder Schalters in der Schaltung der einphasigen Stromquelle (9)» wobei die Bedienungselemente ein einziges Steuerschaltpult mit den Hauptschaltern und Kontrolllampen bilden.

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