DE2319752A1

DE2319752A1 - Stromquelle zum handschweissen

Info

Publication number: DE2319752A1
Application number: DE2319752A
Authority: DE
Inventors: Rolf Ericsson
Original assignee: KJELLBERG ESAB GmbH
Current assignee: KJELLBERG ESAB GmbH
Priority date: 1972-04-18
Filing date: 1973-04-18
Publication date: 1973-10-31
Also published as: CA991281A; NL7305446A; FI60946B; NO136229B; US3928746A; FR2180972A1; FI60946C; JPS4924861A; FR2180972B1; NO136229C; USB352445I5; GB1408512A; SE369994B

Description

Pall λ

PATENTA N WX LTE. - ~©*nabrli6*vaen 17. April 1973

Dr. V. BUSSE · Dipl.-ing. D. BUSSEN * : W&$ .* . ;

Osnabrück · Möserstraße 20-24 2319752

Firma Kjellberg-Esab GmbH

565 SOLHiGEN, Beethovenstrasse 135-136

Stromquelle zum Haadschweissen

Die vorliegende Erfindung betrifft eine für das Hand-Ssehweissen mit umhüllten Elektroden bezweckte Stromquelle mit stark abfallender Spannung-Strom-Kennlinie, bestehend aus einem Drehstromtransforicator nit niedriger magnetischer Streuung (niedriger Reaktanz), einem an dessen Sekundärwicklung angeschlossenen Drehstromgleichrichter mit gesteuerten Yentilen, einem Zündwinkelgeber zum Erzeugen von die Ventile steuernden Zündimpulsen, deren Phasenlage durch die Grosse eines dem Zündwinkeigeber zuceführten, aus einezi Gleichstrom oder einer Gleichspannung bestehenden Steuersignal bestimmt wird, und einem das Steuersignal erzeugenden Steuersignalgeber, welcher Mittel zur Herstellung einer konstanten, einstellbaren ersten Komponente (Grundkomponente) des Steuersignals und Mittel, einschliesslieh eines Gliedes zur Abnahme des Sohweissstroa-Istvrerts, zur Herstellung einer entgegen der Grundkonponente wirkenden, zum Schweissstrom proportionalen zweiten des Steuersignals enthält·

309844/0481

Dass die Stromquelle eine stark abfallende Kennlinie . aufweist ist hier so zu verstehen, dass das Verhältnis Kurzschi'U ssstrom/Lichtbogenstrom höchstens 1,5 "betrage-n darfo .

Die Yenfile des Drehstromgleichrichters brauchen nicht alle gesteuert au sein_e Es genügt, wie bekannt, ein . gesteuertes Ventil in jedem der Phasenzweige vorzusehen.

Bei einer in der USA-Patentschrift Hr₀ 3„530o359 beschriebenen Stromquelle der oben angegebenen Art wird die einstellbare Grundkomponente des Steuersignal durch die ZusammenlP-gerung zweier je für sich einstellbarer Teilkomponenten erhalten. Es sind dabei ein Einstellglled für die eine der Tellkomponenten und zwei voneinander und vom genannten Einstellglied unabhängige Einstell— glieder' für die zweite Teilkomponente vorgesehen. Das eine dieser Einstellglieder dient auch zum Einstellen der Neigung der Kennlinie der Stromquelle durch Einstellung des Verhältnisses zwischen der genannten zweitenlioniponente des Steuersignals vna dem Schweissstrom-Istwert. v7enn der Schweisser einen bestimmten Schweissstrom und eine bestimmte Neigung der Kennlinie einstellen will, muss er somit drei verschiedene Einstellglieder betätigen, was praktisch umständlich ist. Die bekannte Schweissstronquelle weisst ausserdem den Uachteil auf, dass der Schweissstrom sich stark mit der iietzspannung ändert. Die störende Einwirkung der ITetzspannungsschwankungen erhöht sich in demselben Hasse wie die Abweichung der Kennlinie von der Vertikalen,, 7fenn mit Ketzspannuagsschwankungen zu rechnen ist, muss somit die Kennlinie möglichst stell eingestellt werden,, Andererseits ist 309844/0481

wohlbekannt, dass beim Schweissen mit umhüllten Elektroden die Kurzsohlussstromstärke die Lichtbogenstromstärke um einen nicht zu kleinen Betrag übersteigen muss, damit der Tropfenübergang von der Elektrode zum Schweissbad schnell und störungsfrei vor sich geht und "3?estfrieren" " der Elektrode und andere unerwünschte Erscheinungen verhindert werden. Mit dein bekannten System ist es deshalb nicht möglich, günstige Sehweisseigenschaften der Stromquelle gleichzeitig mit der erwünschten Unempfindlichkeit gegenüber ITetzspannmigssciiwankungen zu bekommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe au Grunde, eine Schweiss— stromquelle der eingangs gen.erm.ten Art zu entwickeln, welche die oben besprochenen ITachteile nicht aufweist. Die erfindungsgemässe Stromquelle kennzeichnet sich im wesentlichen dadurch, dass der Steuersignalgeber Mittel zum Einführen eine dritten, zum Istwert der Sehweissspannung proportionalen, entgegen der Grundkomponante wirkenden Komponente des Steuersignals sowie ein Glied zum Einstellen der Neigung der Kennlinie durch Einstellen des Verhältnisses zwischen der besagten dritten Komponente und der 3chweissspannung umfasste

Die erfindungsgenasse Stromquelle lässt sich ohne Schwierigkeit auf die gewünschte Stromstärke und die gewünschte neigung der Kennlinie einstellen. Die Empfindlichkeit gegenüber Ii etzspannungs Schwankung en ist praktisch unabhängig von der neigung der Kennlinie, welche somit ausschliesslich mit Rücksicht auf die erwünschten Schweisseigenschaften eingestellt v/erden kann.

Es hat sich ferner erwiesen, dass bei der erfindungs-309844/0481

gemässen Stromquelle eine befriedigende Unempfindlichkeit gegenüber ITe tzspannungs Schwankungen sich dadurch erreichen lässt, dass man den Stromrückkopplungsfaktor genügend "hoch macht. Unter ^rfStromrückkopplungsfaktor" ist hier das bei offener Regelschleife gemessene Verhältnis A Υ/Λΐ zu verstellen, wo Al die Grosse einer .Änderung eines durch das Glied zur Abnahme des Schweissstrom-Istwerts fliessenden Stromes und Λ, Y die durch diese änderung verursaohte Änderung der Klemmenspannung des Gleichrichters darstellt. Der Transformator soll dabei an die Uenn-Netzspannung angeschlossen und der Gleichrichter auf eine Klemmenspannung innerhalb des BogenspaniTurgsgebietes eingestellt sein.

Per Stromrückkopplungsfaktor sollte bei der erfindungsgemässe Stromquelle mindestens 1,5 Volt/Ampere betragen. Vorzugsweise ist ein Yfert von mindestens 2,5 Volt/Ampere zu wählen« Werte, welche höher als 5 Volt/Ampere sind, können unter Umstänc&idie Gefahr der !Instabilität des Steuersystems mit sich bringen und sind deshalb am besten zu vermeiden»

Die Erfindung soll jetzt an Hand der anliegenden Zeichnungen näher erklärt werden_e Es zeigen Pig. 1 ein Schaltschema eines Ausführungsbeispieles der Erfindung,

Pig, 1a eine Abänderung des Schaltschemas der Pig. 1* Pig. 2 ein Spannung-Strom-r-Diagramm, welches die TTirkungsweise der Stromquelle der Pig. 1 veranschaulicht,

'309844/04 8 1

!"Ig» 3 ein Schaltscheraa eines zweiten AusfüJirungsbeispieles der Erfindung,

Pig« 4 ein Spannung-Stroni-Diagranm, welches die Vv'irkungsweise der Stromquelle der Figo 3 veranschaulicht, Fig. 5 ein Schalt schema eines dritten Ausfülirungsbei-Spieles der Erfindung, ' . -

Fig. 6 ein Sparmung-Strom-Diagramix:, welches die Wirkungsweise der Stromquelle der Figo 5 veranschs-ulicht, Figo 6a ein entsprechendes Spanmmg-Strom-Diagramm bei einer abgeänderten Ausführung der Stromquelle der Fig. 5, Figo 7 ein Scha.ltschema über einen der Zündwinkelgeber der Stromquelle der Fig. 5, und

Fig. 8 Spannung-Seit-Diagramme für Spannungen, welche in gewissen Punkten des Schaltscheaas der Fig. 7 auftreten»

Die in. Figo 1 gezeigte Sbhw.eissstromquelle ist mit einem DrehstroHStransformator 1 versehen, dessen Singangskleimnen R, S, ! an das ITetz eingeschlossen sind. Die Ausgangsklemmen des Transformators sind an einen Gleichrichter 2 mit gesteuerten Ventilen angeschlossen. Der Transformator 1 hat eine geringe Reaktanz und ist vorzugsweise mit einem dreischenkligen Kern versehen« Der an den Gleichrichter . angeschlossene Schv/eissstromkreis enthält eine Reihen-Induktanz 3 und einen Polumschalter 4, durch welchen jede gev/ünschte Polarität der S ehvre iss elektrode 5 in 3ezug auf das 7/erkstück β erhalten v^erden kann. Eine Freilauf diode 7 ist zwischen dem leiter, welcher die Induktanz mit dein. Gleichrichter verbindet, und dem anderen Schweissstrom-

309844/0481

leiter eingeschaltet. Der Gleichrichter 2 wird durch einen Zündwinkelgeber 8 gesteuert, welche in bekannter ^: Weise eine Reihe von mit der riet ζ spannung synchronisierten Zündimpulsen für die Zündelektröden der gesteuerten Ventile erzeugt. Die Phasenlage der Impulse wird durch ein Steuersignal bestimmt, welches dem Zündwiiikelgeb'er durch eine Verstärkervorrichtung 9 zugeführt wird. Die Verstärkervorrichtung 9 ist eingangsseitig.an einen Summierstromkreis angeschlossen, welcher drei Widerstände 10, 11, 12 enthält. Der Widerstand 12 ist an den Schieber 13a eines an die Kxmstantspanmingsquelle 14 gelegten Potentiometers 13 angeschlossen. Der widerstand 12 leitet somit einen'konstanten Strom, dessen Grosse mittels des Schiebers 13a einstellbar ist. .Der Widerstand 10 ist an einen Schweissstromgeber angeschlossen, welcher aus dem im einen Schwelssstromleiter eingeschalteten ITebenwiderstand 15 besteht. Der Widerstand 11 ist an einen Schieber 16a oder eine:·-, sonstige::, veränderliche Anzapfung eines an dgr Schweissspannur-g liegenden Potentiometers 16 angeschlossen. Die Widerstände 10, 11 leiten somit Ströme, welche dem Schweissstrome bzw. der Schweissspannung proportional sind. Die mit "P" bezeichneten Punkte des Schaltschemas sind miteinander durch nicht gezeigte Leiter galvanisch verbunden und legen das Full potential des Stetiersignalgebers fest. Die Verstärker— vorrichtung 9 erhält durch den Sunmierstromkreis 10-12 eine Singangsspannung, welch.e mit der algebraischen Sumne der durch die einzelnen Widerstände fliessenden Ströme proportional ist. Die Stromrichtungen sind derart, dass die Ströme in den "widerständen 10, 11 dem Strome im Wider-

3.09844/0481

stände 12 entgegenwirken. Das Eingangssignal wie auch ■ das Ausgangssignal der Yerstärkervorrichtung 9 ist somit dem Unterschiede zwischen einer konstanten Komponente und der Sumse zwei veränderlicher Komponente gleich, welche letztere sich proportional zum Schweissstrom "bzw. Schv/eissspszmung ändern. Das sich somit ergebende Steuersignal wird dem Zündimpulsgeber 8 zugeführt und "bestimmt den Phasenwinkel der von dem Zündimpuls geh er an den Gleichrichter 2 ausgesandten Zündimpulse. Durch die "beschriebene .negative Ruckkoppliing von Strom und Spannung erhält der G-leichrichter eine steil abfallende Kennlinie, deren Lage durch die Einstellung der Potentiometer 13 und 16 "bestimmt wird, und zwar so, dass die Einstellung des Potentiometers 13 die G-rösse des Kurzschlussstromes festlegt, während die Einstellung der Anzapfung 16a des Potentiometers 16 die neigung der Kennlinie "bestimmt.

Erfindungsge-näss sollte der Stromrückkopplungsfaktor mindestens 1,5 "Volt/Ampere "betragen, damit Schwankungen der an die Klemmen R, S, T liegende ITetzspannung nicht unerwünscht grosse Änderungen des Sehweissstromes herbeiführen. Eine Llessung des Stromrückkopplungsfaktors kannin der folgenden 77eise durchgeführt werden. Die Yer-

bindung der Punkte χ und χ wie auch die Verbindung der Punkte y, y wird gebrochen. Zwischen die Punkte y und ζ wird eine unabhängige Gleichstromquelle angeschlossen, und zwar so, dass ihr Pluspol an den Punkt ζ und ihr Minuspol an den Punkt y gelegt wird. Zwischen die Punirfce

χ und y wird eine unabhängige Gleichspannungsquelle ange-309844/0481

schlossen, d.eren Pluspol an den Punkt χ und deren Minuspol an den Punkt y gelegt wird. Die Klemmenspannungen der

j Spannungsquelle und/oder der Stromquelle werden so abgepasst, dass der Gleichrichter 2 eine Ausgangsspannung im Bereiche normaler Schweissspannungen liefert. Man ändert nun den von der Stromquelle gelieferten,'durch den liebenwiderstand 15 fliessenden Strom um einen bestimmten Betrag Δ-Ι» ζ·Β. 1 Ampere, und misst die dadurch hervorgebrachte Änderung Δ V (in Volt) der Ausgangs spannung des Gleichrichters 2. Das Verhältnis Δ V/Δΐ ist der Stromrückkopplungsfalutor der Stromquelle.

Theoretisch sollte der Gleichrichter während der Messung an einen so bemessenen Belastungswiderstand angeschlossen sein, dass der Gleichrichter einen Strom derselben Grösseii~ Ordnung wie der der eingestellten Spannung entsprechende Lichtbogenstrom liefert. Der Messfehler, welcher dadurch entsteht, dass die Messung am nicht belasteten Gleichrichter vorgenommen wird, ist aber vernachlässigbar.

Der Stromrückkopplungsfaktor hängt, wie man einsieht, von der Resistanz des ITebenwiderstandes 15, der Resistanz des Widerstandes 10, der Verstärkung der Verstärkervorrichtung· 9 und dem Verstärkungsverhältnis des aus dem Gleichrichter 2 und seinem Zündwinkelgeber 8 bestehenden Systems ab. Das letztgenannte Verstärkungsverhältnis wie meistens auch die Resistanz des ITebenwiderstandes können als gegeben betrachtet werden. Man hat somit den Widerstand 10 und die Verstärkung der Verstärkervorrichtung 9 so zu bemessen, dass sich der- erwünschte Stromrückkopplungsfaktor ergibt.

309844/0481

Der Potentiometer 16 hat nebst der Anzapfung 16a noch ■ eine veränderliche Anzapfung 16Td, welche durch einen Kondensator 17 mit der Anzapfung 16a verbunden ist. Die Anzapfung 16b liegt an einer Stelle des Potentiometers, deren Potential höher als dasjenige der Anzapfung 16a ist. Der Kondensatorzweig ist stromlos, solange die Schweissspannung konstant ist, und hat somit keine Einwirkung auf die statische Kennlinie« Eine Änderung der zwischen den Schweissstromleitem "bestehenden Spannung ergibt eineaLade— "bzw, Entladestrom durch den Kondensator 17» v/elcher Strom die Grö'sse der Änderung des durch den Widerstand 11 hindurch fliessenden Stromes erhöht. Während des Bestehens des Lade- "bzw. Sntladestroms wird sich somit eine Neigung der Kennlinie einstellen, welche weniger steil als die lieigung der statischen Kennlinie ist. Beim Auftreten eines Kurzschlusses zwischen Elektrode und Werkstück wird somit die Stromquelle in den nächsten Augenblicken einen grösseren Kurzschlussstrom als den von der statischen Kennlinie angezeigten abgeben, was erwünscht ist.

Beim Aufheben eines Kurzschlusses zwischen Elektrode und Werkstück wird die Steuervorrichtung durch die Einwirkung des Kondensatorzweiges in den nächsten Augenblicken einen Lichtbogenstrom einstellen, welcher niedriger als der stationäre Lichtbogenstrom ist. Die in Pig. 1a dargestellte Abänderung beseitigt diese Wirkung, welche nicht erwünscht ist. G-emäss Pig. 1a erfolgt der Anschluss des Kondensators 17 an die Anzapfung 16a durch ein G-leich- richterventil 18, welches so gepolt ist, dass es nur den

309844/0481 '

Entlade strom des Kondensators leitet. Zur Ermöglichung der Ladung des Kondensators ist ein zweites Gleichrichter— ventil 19 zwischen dein Kondensator und dem am Hullpotential liegenden Ende des Potentiometers 16 eingeschaltet. Der durch ein Ansteigen der Schweissspannung verursachte Ladestrom durch den Kondensator 17 kann somit, in diesem Falle keine Änderung des durch den Widerstand 11 fliessenden Stromes herbeiführen.

Fig. 2 veranschaulicht.die Arbeitsweise der Schaltung. Die Linie 20 ist die Kennlinie der Stromquelle "bei voll ausgesteuerten Gleichrichtern. Die Linie 21 stellt eine durchschnittliche Kennlinie des Schweisslichtbogens dar. Die Linien. 22, 23 sind zwei Kennlinien, welche sich durch verschiedene Kurzschluss ströme I- bzw. I₀o (entsprechend verschieden Einstellungen der Potentiometeransapfung -13a) und verschiedene Steilheiten (entsprechend verschiedenen Einstellungen der Anzapfung 16a) unterscheiden. Die gestrichelten Linien veranschaulichen die transiente (vor~ über'gehende) Herabsetzung der Steilheit (Erhöhung der Kurzschlussstromstärke), welche durch die Einwirkung des Kondensatorzweiges in Fig. 1 oder 1a bewirkt wird.

Die in Fig. 3 schematisch dargestellte Ausführungsform der Erfindung umfasst einen Drehstromtransformator 26, an dessen Sekundärwicklung ein Eauptgleichrichter 27 und ein Hilfsgleichrichter 28 angeschlossen sind. Der Hauptgleichrichter ist mit gesteuerten Ventilen ausgerüstet. Der Hilfsgleichrichter 28 besteht nur aus Dioden (nicht

3 098 A i* /04 81

gesteuerten Yentilen). Die beiden G-leichridhter sind an denselben. Sehweissstromkreis angeschlossen, wobei der Hilfsgleichrichter in Reihe mit einem Widerstand 29 angeschlossen ist, welcher den Kurzschlussstrom des Hilfsgleiehrichters auf einen niedrigen Betrag beschränkt. Der Sehweissstromkreis enthält einen Induktor 30, Zwischen der Verbindung des Induktors mit der Stromquelle und dem anderen Sehweissstromleiter liegt eine Ireilaufdiode 31« Der Gleichrichter 27 wird durch einen Zündwinkelgeber 32 gssieuert. welcher durch ein von der Yerstärkervorrichtung 33 erzeugtes Steuersignal gesteuert wird. Der Eingangskreis des Verstärkers 33 ist als eine Summierschaltung ausgebildet, welche vier Widerstände 34-, 35, 36, 37 enthält.

38 Der Widerstand 37 ist an ein Abnahmeglied/für den Istwert des Schweissstromes, z.B. einen in den einen Sehweissstromleiter eingeschalteten Hebenwiderstand, angeschlossen und leitet somit einen mit dem Schweissstrom proportionalen Strom. Der Widerstand 3° ist an einen Schieber oder eine sonstige verstellbare Anzapfung 39 eines an der Konstantspannungsquelle 41 liegenden Potentiometers 40 angeschlossen. Der Widerstand 35 ist'an die verstellbare Anzapfung 42 eines Potentiometers 43 angeschlossen, an welchem eine mit der Schweissspannung sich ändernde Spannung liegt, welche durch eine Vergleichsschaltung 44 geliefert wird. Die zwischen den Schweissstromleitern bestehenden Schweissspannung und die konstante Spannung des an eine Konstantspannungsquelle 46 angeschlossenen Potentiometers 45 werden je für sich in die Vergleichsschaltung 44 eingeführt, welche so ausgeführt ist, dass sie an den Ausgangsleiter

309844/-0481-

47 eine Spannung legt, welche zu dem Unterschiede zwischen der Schweissspannung und einer konstanten Spannung V proportional ist, wobei die Spannung V der durch den Potentiometer 45 zugeführten Spannung gleich ist oder mit ihr in einem bestimmten Verhältnis steht. Die an den Leiter 47 abgegebene Spannung wird einem Potentiometer

an
zugeführt, dessen Anzapfung 49/den bereits genannten Potentiometer 43 angeschlossen ist. Zwischen dem Leiter 47 und der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 ist ein Kondensator 48 eingeschaltet, dessen Aufgabe derjenigen des Kondensators 17 der Vorrichtung nach J¹Ig. 1 entspricht.

Die durch die drei Widerstände 35, 36, 37 fliessenden Ströme erzeugen eine entsprechende Eingangsspannung der Verstärker 33· Wie aus den obigen Angaben hervorgeht, enthält diese Spannung die folgenden (statischen) Komponenten:

a. eine konstante, mittels des Potentiometers 40 einstellbare Komponente.

b. Eine konstante, mit der Komponente s. gleichsinnige, mittels der Potentiometer 48.und 43 einstellbare Komponente.

c. Eine mit der Schweissspannung sich ändernde, der Komponente ja entgegenwirkende Komponente, wobei das Proportionsverhältnis zwischen dieser Komponente und der Schweissspannung mittels der Potentiometer 48 und 43 einstellbar ist.

d. Eine mit der Schweissstrom sich ändernde, der Komponente _a entgegenwirkende Komponente (welche dem Stromabnalimeglied 38 entnommen, wird).

Die Summe der beiden einstellbaren Komponenten a und _b 309844/04 8 1

stellt die konstante G-rundkomponente oder Keferenzkoraponente des Steuersignals dar -und entspricht somit derjenigen Steuersignalkomponente, die bei der Vorrichtung nach PIg. 1 durch den Potentiometer 13 und den Widerstand 12 erzeugt wird. Das Steuern des Gleichrichters erfolgt in derselben Weise wie bei der Vorrichtung nach Pig. 1. Die Ausführung nach Pig. 3"bringt aber einen praktischen Vorteil gegenüber der Ausführung nach Pig. 1. Bei der letzteren erfolgt das Sinsteilen der G-rundkomponente des Steuersignals mittels der Potentiometeranzapfung 13a. Eine Verstellung derselben bewirkt eine Parallelbewegitng der Kennlinie der Stromquelle.

Die Neigung der Kennlinie wird mittels der Potentiometereingestellt,
anzapfung 16a/ Eine Verstellung derselben bewirkt eine Drehung der Kennlinie um den.Schnittpunkt der Kennlinie und der Stromachse. Diese Drehung bewirkt wiederum eine Verstellung des Arbeitspunlctes (d.h. des Schnittpunktes der Kennlinie der Stromquelle und der Lichtbogenkennlinie), u.z. so, dass das Einstellen einer verminderten- Steilheit der Kennlinie den Arbeitspunkt gegen niedrigere Ströme versetzt. Diese Versetzung ist nicht Immer vernachlässigbar, sodass zwischen der Einstellung der Anzapfung 13a und dem Arbeltsstrome keine genaue Beziehung vorliegt. Bei der Vorrichtung nach PIg. 3 bewirkt die Verstellung der Anzapfung 39 des Potentiometers 40 eine Parallelbewegung der Kennlinie der Stromquelle, während die Verstellung der Anzapfung 49 des Potentiometers 48 eine Drehung der Kennlinie um Ihren Schnittpunkt S (Pig. 4) mit der zur Stromachse parallelen Linie V=V -bewirkt, wo V

r ' r

die früher besprochene,durch die Vergleichsschaltung 44 309844/0481

■ ■ . 14

zugeführte, der Schweissspannung ■". entgegenwirkende, konstante Spannung ist. -Fig. 4 zeigt nebst der Kennlinie des HauptgleicliriGhters bei voll ausgesteuerten Ventilen und der Kennlinie 25 des Hilfsgleichrichters einige Kennlinien 55 bis 60, Die gestrichelte Linie entspricht der konstanten Spannung V„. Aus den obigen Angaben folgt, dass die mit einer Änderung der Steilheit der Kennlinie bei einer gegebenen Einstellung der Po tent iometeranzapfiing 39 (wobei die Kennlinie um den Punkt S gedreht wird) verknüpfte Änderung des Arbeitsstroms I„ zum. Abstande zwischen

ei

dem Punkte S und der liehtbogenkenrilinie 61 proportional ist. V kann z.B. annähernd gleich der grössten auftretenden Bogenspamxung sein» In diesem Falle werden die durch Änderungen der Steilheitseinstellung verursachten Änderungen des Lichtbogenstroms I„ so klein sein, dass eir.e gute Korrelaticn zwischen der Einstellung der Anzapfung 39 und der Arbeitsstromeinstellung erhalten wird. Eine noch bessere Korrelation kann erhalten werden, wenn die konstante Sp Y_r gleich einer mittleren Eogenspannung gewählt wird.

Es ist befunden worden, dass die besten Schweisseigenschaften erhalten werden, wenn die Steilheit der Kennlinie in einer bestimmten Weise abhängig von der Lichtbogen-Stromstärke gewählt wird, u.zw. -so, dass das Verhältnis Kurzschlussstronstärke/Lichtbogenstromstärke und somit auch der beim Kurzschluss entstehende relative Stroman— stieg wenigstens im Gebiete mittelhöher Stromstärken annähernd konstant ist. Bei hohen Stromstärken kann eine gewisse Herabsetzung des Verhältnisses KurzSchlussstrom/ Lichtbogenstrom zulässig und zwecknässig sein, u.a. zun

309844/04 81

Zwecke der Vermeidung einer üeberbelastung· der Gleichrichterventile. Bei niedrigen Strömen kann eine gewisse Erhöhung des Verhältnisses Eurzschlussstromstärke/Liehtbogenstronstärke zulässig und zweckmässig sein, ins-besondere "bei Arbeitsströmen unterhalb 50 Ampere. Der statische Stromanstieg beim Kurzschluss darf doch niemals höher als 50 i> der Lichtbogenstromstärke sein. Bei den als Beispiel in Fig. 4 gezeigten Kennlinien weisen die Kennlinien 55 "bis 58 eine bei ansteigenden Lichtbogenstromstärken abfallende Steilheit auf, während die beiden ' Kennlinien 59, 60, welche den höchsten Lichtbogenströmen entsprechen, dieselbe Steilheit wie die Kennlinie 58 aufweisen.

Zur selbsttätigen Herstellung der oben erklärten Korrelation zwischen der Steilheit der Kennlinie und der Itromstärkeeinstellung wird zweckmässig eine Kopplung zwischen den Anzapfungen der Potentiometer ■ 40 und 43 vorgesehen. In Pig.. 3 ist diese Kopplung als ein geneinsames mechanisches Betätigungsglied 41 der beiden verstellbaren Anzapfungen· 39 und 42 angedeutet. Die Kennlinien der beiden Potentiometer müssen so aufeinander.angepasst sein, dass die erwünschte Korrelation erhalten wird. Es leuchtet ein, dass in diesem Falle auch eine ganz bestimmte Korrelation zwischen der Einstellung des Gliedes 51 und der Lichtbogenstromstärke vorliegt, ganz unabhängig von der Yfahl der konstanten Spannung Y .

Die durch den Kondensator 50 eingeführte transiente Spannung wird durch den Potentiometer 43 in demselben

309844/0481

Verhältnis wie die statische Spannungskomponente herabgesetzt. Am unteren Ende des Stromeinstellungsbereiches wird die somit erzeugte transiente Steuersignalkoiapqnente und der sich daraus ergebende transiente Stromanstieg bei Kurzschluss allzu klein. Eine ergänzende transiente Steuersignalkomponente wird durch den Widerstand 34 eingeführt, welcher einen Teil der Sumnierschaltung am Eingangsende der Verstärkervorrichtung 33 darstellt. .Der Widerstand 34 ist mit dem Ausgangsleiter 47 der Vergleichsschaltung 44 durch einen Stromkreis verbunden, welcher den Kondensator 52 in Reihe mit dem \7iderstand 53 enthält.

Bei niedrigen Schweissströmen besteht der vom Hauptgleichrichter gelieferte Strom aus verhältnismässig kurzen Impulsen, welche durch stromlose Pausen getrennt sind. Der von dem Hilfsgleichricliter 28 in. Reihe mit dem Widerstand 29 gelieferte niedrige Strom überbrückt die besagten stromlosen Pausen, was bei niedrigen Schweissströmen eine verbesserte Lichtbogenstabilität ergibt. Bei der Ausführungsform nach Pig. 3 ist der Hilfsgleichrichter an dieselbe Transformatörwicklung wie der Hauptgleichrichter 27 angeschlossen. Es ist auch möglich, den Hilfsgleichrichter an eine besondere Wicklung des Transformators 26 oder an einen besonderen .Transformator ä&zuschliessen, welche bzw. welcher vorzugsweise eine höhere Sekundärspannung als die den Hauptgleichrichter versorgende 77icklung aufweist.

09 8-4 4-/0

Tfenn der Stroiarüekkopplungsfaktor der Vorrichtung nach Fig. 3 gemessen werden soll, muss entweder der Hilfsgleichrlchter 28 ausgeschaltet oder eine Belastung des Schweissgleichrichters vorgesehen werden.

Die Schweissstromquelle der· Pig. 5 hat einen Haupttransformator, welcher ausser einer Primärwicklung 65 und einer Sekundärwicklung 66 eine Tertiär- oder Hilfswicklung 67 aufweist, welche keine Schweissleistung überträgt, sondern, lediglich eine für die Steuervorrichtung erforderliche Drehspannung erzeugt. Ein an die Sekundärwicklung angeschlossener Hauptgleichrichter ist aus drei Dioden 68 und drei !Thyristoren 69 zusammengesetzt. Drei weitere Dioden 70 stellen zusammen mit den Dioden 68 einen Eilfsgleichrichter dar. Der eine Ausgangsleiter des Gleichrichters ist mit der Schweisselektrode 71 verbunden. Der andere Ausgangsieiter 76 des Hauptgleichriehters ist mit dem 'Werkstück 74 durch einen ITebenwiderstand 72 und einen S chwe iss induktor 73 verbunden. Der ITebenwiderstand 72 stellt das Stromistwert-Abnahmeglied der Steuervorrichtung dar. Der Hilfsgleichrichter ist mit dem Schweissstroiakreis in Reihe mit dem Strombegrenzungswiderstand 75 verbunden. Eine Freilaufdiode 78 ist zwischen die Schweissstromleiter 76, 77 eingeschaltet.

Die drei Thyristoren 69 sind je von einem Zündwinkelgeber 79, 80, 81 gesteuert, indem die Zünäwinkelgeber- je mit der Steuerelektrode eines Thyristors 69 durch einen Zündimpulsleiter 82, 83, 84-(welcher in der Figur nur teilweise

gezeigt v/ird) verbunden sind. Das Schaltschema der Zimd-309844/0481

winkelgeber geht aus Fig. 7 hervor.

Die für den Betrieb der Steuervorrichtung erforderlichen Hilfs- oder Betriebsspannungen werden von einem Ein-" phasen transformator 87 erzeugt, dessen Sekundärwicklung mit einer iiitte !anzapfung 85 versehen' ist. Die Sekundärspannung wird von der Gleichrichterbrücke 88 gleichrichtet. Die gleichgerichtete Spannung wird mittels eines aus Kondensatoren 89 und. Widerständen 90 aufgebauten Filters geglättet und mittels zwei Zenerdioden 91 stabilisiert, welche in Reihe zwischen dea positiven Betriebsspannungsleiter 93 und den negativen Betriebsspannungsleiter 94 eingeschaltet sind. Der die Zenerdioden verbindende Leiter ist mit der Mittelanzapfung 85 und mit dem ITuIlpotentialleiter 92 verbunden.

Die positive Klemme des Hauptgleichrichters ist mit den Nullpotentiälleiter 92 durch einen Leiter 95 verbunden. Die Spannung der anderen Klemme, des Hauptgleichrichters, welche in Bezug auf den ITullpotentialleiter 92 negativ ist, wird einem Leiter 97 durch ein-G-lättungsfilter 96 zugeführt. Der Leiter 97 ist mit einem Ende eines Widerstandes 98 verbunden, dessen anderes Ende mit dein Eingang eines Operationsverstärkers 99 verbunden ist. Ein zweiter Widerstand 100 verbindet den genannten Eingang mit der konstanten positiven Spannung des Betriebsspannungsleiters 95. Die dem Eingang der Operationsverstärker sugeführte Spannung ist somit proportional zu einem Strom, welcher dem Quotienten der konstanten Spannung des Leiters 93

■309844/0481

■und der Resistanz des Widerstandes 100, abzüglich des Quotienten der Schwe iss spannung· des Leiters 97 und der Resistanz des Widerstandes 98, gleich ist. Der Operationsverstärker 99 ist mit einem Rückkopplungszwei-g versehen, welcher aus der Parallelschaltung eines Widerstandes 101 und einer Diode 102 "besteht. Bei der Eingangsspannung null ist auch der Ausgangsspannung null. Bei positiver Eingangsspannung liefert der Operationsverstärker eine negative Ausgangsspannung, welche dem Eingangsspannung'proportional ist. Bei negativen Eingangs spannungen (d.h., wenn die Sohvreissspannungsanhängige Komponente der Eingangsspannung grosser als die konstante Komponente ist), ist der Ausgangsspannung des Operationsverstärkers null, weil die Diode 102 das Auftreten einer positiven Ausgangsspannung verhindert. Wenn K eine Proportionalitätskonstairte, V die Schweissspannung und V eine konstante Spannung "bezeichnet, liefert der Operationsverstärker eine Ausgangssparmung

V · = K(Y„ - V„), wenn Y„ kleiner als ."JT ist, tmd eine cms sr Stt- i

Ausgangsspannung Y_n = o, wenn/gleich oder grosser als

aus

V ist. Die Aus gangs spannung wird einem zwi sehen den Ausgang des Operationsverstärkers 99 und dem ITullpotentialleiter 92 eingeschalteten Potentiometer 103 zugeführt. Die Anzapfung 104 des Potentiometers ist mit einem zweiten Potentiometer verbunden, welcher zwischen die genannte Anzapfung und den liullpotenti al.leiter 92 eingeschaltet ist und aus der Reihenschaltung der "beiden Widerstände 105 und 106 "besteht. Der Widerstand 105 ist

309844/0481

tLKJ

' ein lichtempfindlicher Widerstand, welcher der Lichtstrahlung einer Photodiode 105a ausgesetzt ist. Eine Erhöhung der von dem \7iderstaride 105 empfangenen Lichtstrahlung bey/irkt eine Herabsetzung der Resistanz des Widerstandes 105. Die Potentiometer 103 und 105-106 entsprechen den Potentiometern 48 "bzw. 43 in Fig. 3. Die Verbindung der Widerstände 105 und 106 ist mit einem Ende eines Widerstandes 107 verbunden, dessen anderes Ende mit dem Eingangsleiter 108 einer Verstärkervorrichtung 109 verbunden ist, welche der Verstärkervorrichtung 33 der Pig. 3 entspricht.

Ein Kondensator 110, dessen Aufgabe identisch mit derjenigen des Kondensators 50 in Pig. 3 ist, ist zwischen den Ausgangsleiter des Operationsverstärkers 99 und die Potentiometeranzapfung 104 eingeschaltet. Ein zweiter Kondensator 111 in Reihe mit einem Widerstand 112 ist zwischen, den Ausgang sie it er des Operationsverstärkeis und den ITullpotentialleiter 92 eingeschaltet. Die Verbindung des Kondensators 111 mit dem Widerstand 112 ist mit dem Eingangsleiter 108 der Verstärkervorrichtung durch einen Widerstand 113 verbunden. Die Aufgabe des aus den Gliedern 111, "112, 113 zusammengesetzten Stromkreises ist identisch mit derjenigen des entsprechenden Stromkreises 52, 53, 34 der Pig. 3. '

Ein Potentiometer 114 ist zwischen dem Uullpotentialleiter 92 und dem negativen Betriebsspannungsleiter 94

309 844/04 8 1

eingeschaltet. Die einstellbare negative Spannung der Anzapfung 115 wird an die Reihenschaltung der Photodiode 105a und eines Widerstandes 116 und auch an ein Ende eines 'Widerstandes 117 gelegt, dessen anderes Ende an den Eingangsleiter 108 der Verstärkervorrichtung 109 angeschlossen ist.

Der durch den Schweissstrom verursachte kleine Spannungsabfall im Widerstände 72 wird mittels eines aus dem Widerstände 178 und -dem Kondensator 179 bestehenden Filters geglättet und durch einen widerstand 118 dera Eingang eines mit einem Rüclckopplungswiderstand 119 versehenen Operationsverstärkers zugeführt. Die Ausgangsspannung dieses Verstärkers, welche positiv in Bezug auf den ITullpotentialleiter 92 und zum Schweissstrom proportional ist, wird

zugeführt einen Ende eines Y/iderstandes 149/ dessen anferes Ende nit dem Eingangsleiter 108 der Verstärlcervorrichtung 109 ver~ bunden ist.

Das.Steuersignal, welches dem Eingangsleiter der Verstärkervorrichtung 109 durch die aus den Widerständen 113? 107» 117, 149 zusammengesetzte Summierschaltung zugeführt wird, setzt sich somit aus den folgenden statischen Komponenten zusammen:

a. ,eine konstante,-negative Komponente, welche mittels des Potentiometers 103 einstellbar ist,

b. eine durch den Operationsverstärker 99 und die Potentiometer 103 und 105-106 zugeführte Komponente, welche gleich null ist, solange die Schweissspannung höher als ein be-

309 8 4 4/0481

stimmter.Betrag Y liegt, -und welche "bei Schweissspannungen Tg,. welche kleiner als Y_r sind, einen negativen, zum Unterschied V_ - Y_Q proportionalen Ytert annimmt. c. Eine durch den Operationsverstärker 120 zugeführte positive Komponente, 'weiche zum Schweissstrom proportional ist.

Die Yerstärkervorrichtung 109 enthält einen Operationsverstärker 121 und einen aus drei parallel geschalteten Zweigen "bestellenden Rückkopplungskreis. Der erste Zweig enthält einen .Widerstand 122, der zweite Zweig die E einen— schaltung eines Widerstandes 123 und eines Kondensators 124, und der dritte Zweig eine Diode 125, welche so gepolt ist, " dass sie das Auftreten von negativen Ausgangsspannungen verhindert. Der Operationsverstärker 121 wie auch die anderenOperationsverstärker 99 und 120 sind po !umkehrend,-d.h. sie erzeugen eine Ausgangsspannung, deren Polarität derjenigen der Sing ans s spannung entgegengesetzt ist."

Das .Ausgangssignal der Yerstärkervorrichtung 109 wird von dem Leiter 126 an Jede der drei Zündwinkelge'ber 79, 80, übertragen. Die für den Betrieb der Zündwinkelgecer erforderlichen Betriebsspannungen, werden den Zündwinkelgebern dixrch die Leiter 127, 128 und 129 zugeführt, welche nit den Betriebsspannungsleitern 93, 94· bzw. dem ITullpotentialleiter 92 verbunden sind. Die für den Betrieb der Zünä— winkelgeber ebenfalls erforderliche pulsierende Spannung wird von einer, an die Hilfswicklung 67 des Ila/apttransformators angeschlossenen G-leichrichtervorrichtung erzeugt. Diese G-leiclirichtervorrich-uuns besteht aus drei miteinander

parallel geschalteten Zweigen, deren jeder aus der Reihenschaltung zweier Gleichrichterventile 130, 131 und eines Widerstandes 132 besteht. Die Ausgangsklemmen der Hilfswicklung 67 sind je mit der Verbindung der "beiden Gleichrichterventile eines Zweiges verbunden. Die Verbindung der drei Widerstände ist mit dem negativen Betriebsspannungsleiter 94 "verbunden. Die in Bezug auf diesen Leiter veränderlichen positiven Spannungen an den drei Widerständen werden durch je einen leiter 133, 134, -135 D^e einem der drei Zünäwinkelgeber 79, 80, 81 zugeführt. Die Schaltung und die Wirkuhgsweise der Zündwinkelgeber werden näher in Verbindung mit Pig. 7 und 8 beschrieben. Bis auf weiteres braucht nur erwähnt zu werden, dass die Phasenlage der von den Zündwinkelgebera erzeugten Zündimpulse in Abhängigkeit von der. Grosse des durch den Leiter 126 zugeführten Steuersignals in solcher Yfeise gesteuert wird, dass die Thyristoren ständig nichtleitend bleiben, solange das Steuersignal null bleibt, und dass beim Auftreten einer Steuerspannung die Thyristoren während einer mit der Grosse der Steuerspannung anwachsenen Zeitdauer im leitenden Zustande sind. . . -

In Pig. 6, welche eine Gruppe von Kennlinien entsprechend

darstellt verschiedenen Einstellungen des Potentiometers 114/£ werden

dieselben Bezeichnungen wie in Pig. 4 verwendete Jede der gesteuerten Kennlinien 55-60 enthält ausser dem ge—

55a-6Oa neigten Teil einen vertikalen Tei3/£ welcher sich zwischen

309844/0481

der Spannung V und der durch die Kennlinie 54 der voll ausgesteuerten Stromquelle gegebenen Höchstspannung er- .·. streckt. Dieser vertikale Teil entsteht durch die often beschriebene Wirkungsweise des Verstärkers 99, dessen Ausgangsspannung bei allen Schweissspannungen höher als V null bleibt, sodass in diesem Spannungsbereich nur die Stromrückkopplung wirksam ist. Die Spannung V wird zweckmässig innerhalb des Bereiches 40 bis 50 Volt gewählt.

Bei der Wahl der Korrelation zwischen der Steilheit der Kennlinie und der Stromeinstellung sind die in Yerbindung mit fig. 4 dargestellten Regeln und Gesichtspunkte'zu berücksichtigen. Aus dort erklärten Gründen sollte die Steilheit der Kennlinie bei ansteigenden Stroaeinstellungen bis auf eine gewisse Stromstärke abnehmen, aber bei den höchsten Stromeinsteilung en annähernd konstant .beibehalten werden (Kennlinien 58-60). Bei der Vorrichtung nach Pig. 5 iwurde diese Korrelation durch eine solche Anpassung der Kennlinie des aus der Photodiode 105a und dem lichtempfindlichen Widerstand 105 bestehenden Einheit erreicht, dass die Resistanz des Widerstandes 105 bei ansteigender Spannung der Anzapfung 115 des Potentiometers 114 nur bis an eine gewisse Grenze abfällt und bei- der weiteren Erhöhung der Spannung im v/es entliehen konstant bleibt.

In Verbindung mit Fig. 4 wurde erwähnt, dass die konstante Spannung 7_p gegebenenfalls so gewählt werden kann, dass die linie V = V die Lichtbogenlcennlinie schneidet.

309844/0481 .

Bei der Vorrichtung nach Pig. 5 ist dies aber nicht zweckmässig, da der Arbeitspunkt im geneigten Teil der Kennlinie liegen sollte. Es ist aber trotzden möglich, den Unterschied zwischen der Lichtbogenspannung und der Spannung V beliebig klein zu machen, indem man die Einstellung der Spannung V mit der Stromeinsteilung veränderlich macht, u.zw. so, dass die Spannung V mit der Stromeinstellung ansteigt. Pig. 6a veranschaulicht diese Möglichkeit, welche z.B. dadurch verwirklicht werden kann, dass man den Widerstand 100 einstellbar macht und eine solche Kopplung zwischen seinem Einstellglied und der Einstellung des Potentiometers 114 anordnet, dass die Resistanz-des 7/iderstandes 100 bei zunehmender Poten— tiometerspannung abnimmt.

Bei der Beschreibung der 7/irkungsweise der Verstärkervorrichtung 109 wurde vorausgesetzt, dass ihr zweiter Eingangsleiter 136 ständig das Potential des ITullpotentialleiters 92 besitzt. Die Vorrichtung gemäss Pig. 5 enthält aber eine besondere Vorspannungsschaltung, welche

zufuhrt dem Eingangsleiter 136 eine negative Vorspannung/ solange der Schweissgleichrichter nicht belastet ist, Der Verstärker 109 sendet dann kein Signal atys, sodass die Thyristoren des Eauptgleichrichters nicht-leitend bleiben. Der Zweck dieser Anordnung besteht darin, einen allzu hohen Stromanstieg beim Kurzsehliessen aus den Leerläufzustande zu verhindern.

309844/0481

Die Vorspaimungsschaltung enthält zwei Transistoren 137, 138. Die Emitter 139, 140 der Transistoren sind an den Fullpotentialleiter 92 angeschlossen. Die Kollektoren 141 _f 142 sind an den negativen Betriebsspannungsleiter durch je einen "Widerstand 143 bzw· 144 verbunden. Der Kollektor 141 des einen Transistors 137 ist mit der Base des anderen Transistors 138 durch einen Widerstand 145 verbunden. Die Base des Transistors 137 ist an den Yer— bindungspuntet P1 zweier Widerstände 146, 147 angeschlossen, deren einer mit dem positiven Betriebsspannungsleiter 93-verbunden ist,während der andere mit demjenigen Leiter verbunden ist, welche an die in Bezug auf den ITullpotentialleiter 92 negative Ausgangsspannung des Schweissgleichrichters angeschlossen ist. Die 7/iderstände 146, 147 sind derart bemessen, dass der Punkt 21 eine negative Polarität in Bezug auf den Uullpotentialleiter 92 bekommt, -solange der leiter 97 eine hohe Spannung (die Leerlaufspannung) aufweist, aber eine positive Polarität in Bezug auf den Nullpotentialleiter annimmt, sobald die Ausgangsspannung des Schweissgleichrichters niedriger als eine vorbestinmte Spannung wird. Der Kollektor 142 des Transistors 138 ist' mit des Eingangsleiter 136 des Verstärkers 121 durch einen Widerstand 148 verbunden. Ein Widerstand 150 verbindet ausserdem den Eingangs leiter 136 mit dem liullpotentialleiter 92.

Die beschriebene Schaltung arbeitet in der folgenden V/eise. Solange der Leiter 97 die Leerlaufspannung besitzt und

das Punkt P1 somit ein negatives Potential aufweist, ist 309844/0481

der Transistor 137 leitend und der Transistor 138 nicht- leitend. Dem Eingangsleiter 136 wird -unter diesen Be~ dingungen ein negatives Potential zugeführt, welches einen durch die Potentiometeranordnung 144, 148, 150 "bestimmten Anteil der negativen Betriebsspannung darstellt· Die Ausgangsspannung des Verstärkers 109 ist null, sodass die Thyristoren nichtleitend bleiben. Wenn die Ausgangsspannung öes Schweissgleichriehters soviel abnimmt, dass der Punkt P1 ein positives Potential bekommt, wird der Transistor 137 nichtleitend, während der Transistor 138 leitend wird und den Singangsleiter 136 des Verstärkers 121 an den Uullpotentialleiter 92 durch den Widerstand 148 anschliesst.

Aus der obigen Erklärung geht hervor, dass dem aus den Dioden 70' zusammen mit den Dioden 68 bestehenden Hilfsgleichrichter der Stromquelle nach Fig. 5 auch eine zusätzliche Aufgabe zukommt, und zwar diejenige, bei ganz nichtleitenden Thyristoren eine Leerlaufspannung aufrecht zu erhalten, welche die eben beschriebene Schaltung betätigt.

S¹Ig. 7 zeigt das Schaltschema des Zündwinkelgebers 79 der !ig. 5. Die folgenden früher besprochenen Leiter werden in j?ig. 7 nochmals gezeigt: Der an dem positiven Betriebsspannungsleiter angeschlossene Leiter .127; der an den Fullpotentialleiter angeschlossene Leiter 129* der an die negative Betriebsspannung angeschlossene Leiter 128" der Leiter 133 zur Zufuhr der an einem der 309844/0481

Widerstände 132 auftretenden, mit der ITetzspannung synchronen Spannungsimpulse; der Leiter 126, welcher das Steuersignal der Verstärkervorrichtung 109 leitet; und der an die Zündelektrode eines der Thyristoren des Hauptgleichrichters angeschlossene leiter 82.

Die von dem leiter 133 übertragenen G-leichspannungsimpulse werden einem aus zwei Widerständen 151, 152 "bestehenden Spannungsteiler zugeführt. An den Verbindungspunkt der beiden Widerstände ist die Base eines Transistors 153 angeschlossen, dessen Emitter durch den Leiter 128 an die negative Betriebsspannung angeschlossen ist. Der Kollektor des Transistors 153 ist mit dem am positiven Betriebsspannung liegenden Leiter 127 'durch ein RC-iietz verbunden, welches aus einem Kondensator 154, den Ladewiderständen 155, 156, 157» einem Entladewiderstand 158 und zwei Dioden 159, 160 besteht. Mittels des Widerstandes 155 wird die erwünschte Ladezeitkonstanie eingestellt. Der Verbindungspunkt P2 des Widerstandes 156,des Kondensators 154 und der Diode 159 ist mit der Base -eines Transistors 152 und ausserdem mit dem am ITullpotential liegenden Leiter 129 durch eine so gepolte Diode 161 verbunden, dass sie nur das Auftreten- eines positiven Potentials in Punkte P2 erlaubt. Diese Diode hat zum Zweck, dem Transistor 162 vor Ueber-¹ spannungen zu schützen· Ein Transistor 163 zusammenwirkt mit dem Transistor 162 nach Art eines Differentialverstärkers. Das Steuersignal des Operationsverstärkers 121 (Pig. 5) wird durch den Leiter 126 und den Widerstand 164

der Base des Transistors 163 zugeführt. Die Transistoren 309844/0481

162, 163 sind mii; einem gemeinsamen Emitterwiderstand 165 versehen. Der Kollektor des !Transistors 163 ist durch den Widerstand 146 und den Leiter 127 mit dem positiven Betriebsspannungsleiter verbunden und ist" ausserdem direkt mit der Base eines Transistors 167 verbunden, dessen Smitter an den Leiter 127 angeschlossen ist. Der Transistor 167 stellt die erste Stufe eines ImpulsVerstärkers dar, dessen zweite und dritte Stufe von dem Transistor 168 "bzw. 169 dargestellt v/erden. Dem Kollektor ,des Transistors 169 wird durch die Wider-. stände 170, 171 ein gewisser, durch einen Spannungsteiler 172, 173 "bestimmter Anteil der negativen Betriebsspannung zugeführt. Die an die Zündelektrode eines der Thyristoren 69 angeschlossene Leiter 82 ist mit dem Kollektor des Transistors 169 durch die Reihenschaltung zweier Widerstände 174, 170 verbunden, wobei der Widerstand 170 mit einem Kondensator 175 parallel geschaltet ist.

Die Diagramme der Pig. 8 veranschaulichen die Arbeitsweise des Zündwinkelgebers. Das Diagramm a stellt die durch den Leiter 133 zugeführten Spannungsimpulse dar. Das Diagramm b stellt die Spannung am Transistor 153 in Punkte P3 dar. Das Diagramm £ zeigt die Spannung im Punkte P2 (die ganz ausgesogene Linie 176} und die durch den Leiter 126 übertragene Steuerspannung des Operationsverstärkers 121 (die gestrichelte Linie 177). Das Diagramm el stellt die Spannung in dem Yerbindungspunkt P4 der Widerstände 170, 171 dar. Das Diagramm j| stellt die durch den Leiter 82 übertragenen Zündimpulse dar..

309844/0481

Während der Dauer des durch den. Leiter 133 zugeführt en Spannungsimpulses (Fig 8a) ist der Transistor 153 leitend, sodass das Potential des Punktes. P3 negativ ist Ci¹Ig. 8b). Es fliesst dabei ein Ladestrom von dem positiven Betriebs-■ Spannungsleiter 93 durch den Leiter 127, den Widerstand 157» den Kondensator 154-, die Widerstände 156, 155, den Transistor 153 tmd den Leiter 128 nach dem negativen Betriebsspannungsleiter 94. Das Laden des Kondensators b'ewirkt ein "Abfallen des Potentials des Punktes Έ2 (die Kurve 176 in Mg. 8c). Der mit r "hezeielinete Steile Spannungsfall am Anfang des -ι.. -Ladevorganges wird durch die Spannungsteilervrirkung der Widerstände 155-156 und verursacht. Das Laden des Kondensators setzt fort, bis der Punkt P2 das Potential des Hulleiters erreicht hat. Das Potential bleibt dann konstant (Kurvenabscimitt s). ,Beim Aufhören des Spannungsimpuls es des Leiters 133 wird der Transistor 153 nichtleitend. Der Kondensator 154 entladet sich durch den Widerstand 158 in Seine mit den Dioden 159, 160. Die Resistanz des Entladewiderstandes 158 ist viel kleiner als der Resistanz der Ladewiderstan.de 155, 156, 157. Das Entladen erfolgt deshalb schnell (Abschnitt u). Der Punkt P2 wie auch der Punkt T3: befinden sich jetzt wieder am Potential des positiven Betriebsspannungsleiters (Kurvenabschnitt v). Der Transistor 162 ist leitend solange seine Emitterspannung. grosser als die der Steuerspannung des Leiters 126, ent~ sprechende Emitterspannung des Transistors 163 ist.

—re

Heim die letzte/3ciitterspannung überwiegend wird, wird

309844/0481

•ler Transistor 163 leitend und sperrt den'Transistor 162". Dieser Vorgang tritt im Schnittpunkte der Kurve 176 und der Linie 177 in Fig. 8c ein. Der entstehende Impuls wird in den drei Stufen cIbs Impuls Verstärkers verstärkt. Wenn der Transistor 169 der letzten Verstärker stufe leitend wird, nimmt der Punkt P4 positives Potential an (Fig. 8d). Es entsteht dadurch ein Stromstoss durch den Kondensator 175 und ein entsprechender Stromstoss durch den Leiter 82 (Pig, 8e). Der Zündstrom wird unterbrochen, wenn der Punkt P2 "beim Entladen des Kondensators 154 ein so hohes positives Potential erreicht, dass die Emitter— spannung des Transistors 162 wieder überwiegend wird und der Transistor 163 nichtleitend wird. Dies erfolgt "beim Schnittpunkte der Ladelinie u (Fig. 8c.) und der Lin^e 177. Infolgedesse' wird auch der Transistor 169 nichtleitend, wobei der Punkt P4 sofort ein negatives, durch die Spannungsteilerwiderstände 172, 173 bestimmtes negatives Potential annimmt. Die somit hergestellte negative Vorspannung der Zündelektrode verhindert Fehlzündungen des Thyristors durch Störungen. Die nächste Zündung des Thyristors kann nur nach der Zufuhr des nächsten Spannungsimpulses (Fig. 8a) durch den Leiter 133 erfolgen.

Die beschriebene Schaltung des Zündwinkelgebers hat unter anderen den Vorteil, dass die (im allgemeinen grossen) Herstellungstoleranzen der 'Transistoren nicht den Zündwinkel beeinflussen. Der Ladevorgang de3 Kondensators hängt nur von der Kapazität des Kondensators .154 und den

Resistanzen der Ladewiderstände 155, 156, 157 ab. Infolge 309844/0 4 81

der unvermeidlichen Toleranzen können diese G-rössen nicht in den drei Zündwinkelgebern als gleich, angenommen werd-en. ' Dtirch die Einstellung eines einzigen Gliedes pro Zündwinkelgeber, u.zw. des Widerstandes 155, erreicht man aber ohne weiteres eine bei sämtlichen Zündwinkelgebern, gleiche Zeitkonstante und dadurch auch identische Ladungsvorgänge. Die Steilheit der Ladekurve 176 ist ausreichend, um einen scharf definierten Schnittpunkt mit der horizontalen Linie 177 zu-ergeben, welche dem von Operationsverstärker 121 abgegebenen Steuersignal entspricht. ■- »

Bei einer praktischen Ausführung einer mit der Schaltung nach Fig. 5 versehenen Schweissstromquelle mit einem ArbeitsStromgebiet von 30 bis 400 Ampere beträgt der Stromrückkopplungsfaktor etwa 3 Yolt/Ampere. Die von ITetzspannungsschvrankungen von 10 ^cß> bewirkte Änderung des Lichtbogenstroms beträgt weniger als 1 p bei allen Stroseinstellungen über 100 Ampere. Bei Stromeinstellungen unter 100 Ampere erhöht sich die Änderung des Lichtbogenstromes bei ITetzspannungsschwankungen von 10 # allmählich auf einen Höchstbetrag von etwa 2,5 i° bei den niedrigsten Stromeinstellung (30 Ampere).

309844/04

Claims

Ansprüche

οJ Stromquelle zum Handschweissen mit einer stark abfallenden Spannung-Strom-Kennlinie, bestehend aus einem Drehstromtransformator mit niedriger magnetischer Streuung (niedriger Reaktanz), einem an dessen Seicundärwicldung angeschlossenem Drehstromgleichrichter mit gesteuerten Ventilen, einem Zündwinkelgeber zum Erzeugen die Ventile steuernder Zündimpulse., deren Phasenlage durch die Grosse eines dem Zündwinkelgeber zugeführten, aus einem Gleichstrom oder einer Gleichspannung bestehenden Steuersignals bestimmt wird, und einem das Steuersignal erzeugenden Steuersignalgeber, welcher Mittel zur Herstellung einer konstanten, einstellbaren ersten Komponente (Grundkomponente) des Steuersignals und Mittel, einschliesslich eines Gliedes zur Abnahme des Schvveissstrom-Istv/erts, zur Herstellung einer entgegen der Grundkomponente v/irkenden, zum Schweissstrom proportionalen zweiten Komponente des" Steuersignals enthält, dadurch g ekennzeichnet, dass der Steuersignalgeber auch Mittel (16, 11, Fig. 1j 44-, 48, 43, 35, Pig. 3? 98, 99, 103 bis 107, Mg. 5) zum Einführen einen dritten, zum Istwert der Schweissspannung proportionalen, entgegen der Grundkomponente wirkenden Komponente des Steuersignals sowie ein Glied (I6ä, Fig. 1; 51, Fig. 3; 104 oder 115, Fig. 5) zum Einstellen der Neigung der Kennlinie der Stromquelle durch Einstellen des Verhältnisses zwischen der besagten dritten Komponente und der Schweissspannung umfasst.

309844/0481

2« Stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Herstellung der zweiten Komponente des Steuersignals so "bemessen.sind, dass-sie zusammen mit dem Zündvvinkelgeber und dem G-IeIchrichter einen Stromrückkopplungsfaktor von mindestens etwa 1,5 Volt/Ampere, vorzugsweise mindestens etwa 2,5 Tolt/Ampere ergeben·

309844/0 4 81