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In der DE-OS 16 98 123 ist eine Lichtbogenschweißanlage mit Schweißstromüberwachung
gezeigt, bei der Schweißstromunterbrechungen im Mikrosekundenbereich und auch Schweißstromschwankungen
angezeigt und entsprechende Gegenmaßnahmen selbsttätig und rechtzeitig ergriffen
werden können, um den Schweißstrom auf einem konstanten Sollwert zu halten. Als
Ursachen für derartige Schweißstromschwankungen oder auch -unterbrechungen werden
mangelhafte Funktion des Gleichrichters der Schweißstromquelle oder aber auch veränderte
Widerstände in den Stromzuführungen genannt. Gerade bei flexiblen Stromzuführungskabeln,
die in eine große Anzahl kleiner Kupferlitzen aufgelöst sind, kommt es durch die
andauernde Kabelbewegung insbesondere im Bereich von Kabeldurchführungen durch feststehende
Stellen zu Litzenbrüchen, die den wirksamen Kabelquerschnitt reduzieren und den
Leitungswiderstand erhöhen. Auch können sich im Bereich von berührenden lösbaren
Kontaktierungen die Oberfläche verändern und zu veränderten Übergangswiderständen
führen. Zwar verändern auch Nebenschlüsse im Bereich der Drahtelektrodenzuführung
den Schweißstrom, jedoch ist dies in der zitierten Literaturstelle nicht erwähnt.
Im übrigen ist es auch nicht möglich,
durch die bekannte Schweißstromüberwachung
Ursachen für Schweißstromschwankungen zu erkennen.
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Beim Auftreten von Nebenschlüssen würde also die Schweißstromquelle
immer stärker nachgeregelt, so daß trotz des Auftretens von Nebenschlüssen der Schweißstrom
im Bereich des Brenners immer gleich groß wäre. Nebenschlüsse würden dadurch überspielt
und blieben unerkannt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrunde gelegte Lichtbogenschweißanlage
dahingehend zu verbessern, daß zumindest ein die Schweißparameter beeinflussender
Störeinfluß sofort erkennbar und nach Außen signalisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch kennzeichnende Merkmale
von Anspruch 1 gelöst. Dank der induktiven Ankopplung einer Strommeßspule an die
Drahtelektrode in einem außerhalb der Schweißstromzuführung liegenden Bereich kann
festgestellt werden, ob durch die Drahtelektrode nach »rückwärts« ein Strom abfließt,
der als Arbeitsstrom für die Lichtbogenschweißung nicht mehr zur Verfügung steht.
Ein derartiger Stromfluß nach »rückwärts« kommt durch einen Nebenschluß im Bereich
der Drahtelektrodenzuführung zustande. Häufig wurde trotz eines solchen unbemerkt
gebliebenen Nebenschlusses trotzdem weitergeschweißt, wobei die Schweißqualität
mehr oder weniger stark beeinträchtigt war. - Abgesehen von der Beeinträchtigung
der Schweißqualität durch derartige Nebenschlüsse kann unter Umständen dadurch auch
eine Gefährdung ausgehen, weil ein solcher Nebenschluß Funken und Lichtbogen an
völlig unpassenden Stellen erzeugen und auch Isolierungen durchschmoren kann.
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Dank der frühzeitigen Erkennung derartiger Nebenschlüsse können derartige
Folgeschäden vermieden, die Nebenschlußursache beseitigt und mit ungestörten Schweißparametern
weitergearbeitet werden. Häufig entstehen derartige Nebenschlüsse durch achtlos
weggeworfene Drahtstücke oder andere Metallteile, die elektrisch leitende Brücken
bilden. Gelegentlich bauen sich auch selbsttätig durch Metallstaub - Abrieb von
der Drahtelektrode an den Drahtförderrollen - derartige einen Nebenschluß bildende
Leitungsbrücken auf.
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Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung können den Unteransprüchen
entnommen werden. Im übrigen ist die Erfindung anhand eines in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispieles nachfolgend noch erläutert; dabei zeigt F i g. 1 eine Gesamtdarstellung
einer Lichtbogenschweißanlage, bei der der Schweißbrenner durch einen Industrieroboter
geführt wird und F i g. 2 eine vergrößerte Einzeldarstellung des Drahtvorschubgerätes
mit Zuführung der einzelnen Leitungen und Anordnung des rüsselartigen Schlauchpaketes
sowie der erfindungsgemäßen Strommeßspule einschließlich der Signalauswerteeinrichtung.
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Bei dem in Fig. 1 dargestellten Schweißarbeitsplatz wird das auf
einem Tisch definiert aufgenommene Werkstück 9 von einem Industrieroboter 10 geschweißt,
der von einem entsprechenden Steuerschrank 11 aus steuerbar ist. Während die mechanische
Arbeitsausführung und die dazu erforderliche Steuerung im wesentlichen auf dem Erdboden
angeordnet ist, befinden sich wesentliche Komponenten der eigentlichen Lichtbogenschweißanlage
oberhalb davon auf einer begehbaren Bühne 16, die aus einer Stahlkonstruktion gebildet
ist. Der Steuerschrank 12 für die Schweißanlage einschließlich Schweißtransformator,
Kühlwasserver- und -entsorgung sowie die Vorratsrolle 15 für die Drahtelek-
trode
sind auf der Bühne 16 angeordnet; das Drahtvorschubgerät mit dem von ihm ausgehenden
Schlauch-und Kabelpaket 2 ist unter der Deckenkonstruktion der Bühne aufgehängt.
Der am Ende des Schlauch- und Kabelpaketes 2 angeordnete Schweißbrenner 1 ist in
das sogenannte Handgelenk des Industrieroboters 10 eingespannt. In ihm ist vorne
ein Kontaktstück 3 angeordnet, durch das die Drahtelektrode 4 hindurchragt und an
welchem der Schweißstrom in die Drahtelektrode eingeleitet wird. Die Schweißstromführung
im Innern des Schlauch- und Kabelpaketes 2 erfolgt durch ein darin verlegtes wassergekühltes
Schweißkabel 7'; für die Schweißkabelkühlung selber ist ein entsprechender Kühlwasserzu-
und -ablauf 14 vorgesehen. Im Bereich des Drahtvorschubgerätes mündet auch eine
Schutzgaszufuhr 13 ein, die in eine entsprechende Schlauchleitung im Innern des
Schlauch- und Kabelpaketes 2 übergeht; das Schutzgas tritt im Bereich des Schweißbrenners
konzenrisch um die Drahtelektrode 4 aus. Die Kontaktierung zwischen dem im Schlauch-
und Kabelpaket verlaufenden Schweißkabel 7' und einem von einer Stromquelle zum
Drahtvorschubgerät 5 stationär verlaufenden Schweißkabel 7 größerem Querschnittes,
welches ohne Wasserkühlung auskommt, erfolgt über ein Kontaktstück und eine Anschlußmutter
7" zu Beginn des Schlauch- und Kabelpaketes. In diesem Anschlußstück sind fast alle
Anschlüsse der im Schlauch-und Kabelpaket vereinigten Schläuche bzw. Kabel zusammengefaßt,
so auch der für eine im Schlauch- und Kabelpaket angeordnete Führungshülle für die
Drahtelektrode. Fluchtend zu der Seele dieser Führungshülle liegt der Spalt eines
Paares von Vorschubrollen 6, von denen die obere starr gelagert ist, aber von einem
im Drahtvorschubgerät angeordneten Antriebsmotor aus drehantreibbar ist. Die untere
der beiden Vorschubrollen 6 ist mit mehr oder weniger großer Andrückkraft an die
obere Vorschubrolle anpreßbar. Ebenfalls fluchtend zu der Führungshülle im Bereich
des Anschlußstückes des Schlauch- und Kabelpaketes 2 und fluchtend zu dem Druckspalt
der beiden Vorschubrollen 6 ist eine weitere Führungshülle 8 für die Drahtelektrode
gehaltert, die frei im Raum verläuft, die Decke zur Bühne 16 durchstößt und zu der
Vorratsrolle 15 für die Drahtelektrode führt. Die flexible Führungshülle 8 ist nach
Art einer Schraubenfeder bzw. der Hülle eines Bowdenzuges aufgebaut und besteht
aus Stahl. Außenseitig ist sie mit einem elektrisch isolierenden Schlauch überzogen.
Die Vorratsrolle ist sehr groß, um einen lang anhaltenden Vorrat an Elektrodendraht
dort aufwickeln zu können und um möglichst selten einen Stillstandszeiten verursachenden
Rollenwechsel vornehmen zu müssen. Die Vorratsrolle ist in einem Stahlgestell drehbar
gehaltert, welches auf einer Isoliermatte 18 elektrisch isoliert auf der Bühne 16
aufgestellt ist. Es hat sonst keinerlei mechanische oder elektrische Verbindung
mit der Stahlkonstruktion für die Bühne 16. Auf der Oberseite des die Vorratsrolle
aufnehmenden Stahlgestelles ist noch ein Abzugsspill angeordnet, dessen Antriebsmotor
mit dem Vorschubmotor im Drahtvorschubgerät 5 parallel geschaltet ist, um letzteren
von massebedingten Zugkräften zu entlasten. Über die Vorratsrolle 15 ist noch eine
Abdeckung 19 aus elektrisch isolierendem Werkstoff berührungsfrei hinweggeführt,
die einen Schlitz aufweist, durch den hindurch der Elektrodendraht von der Vorratsrolle
abgezogen wird.
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Während des Schweißens steht zwar die ganze Vorratsrolle und alle
mit ihr bzw. mit der Drahtelektrode in metallische Berührung gelangenden Teile unter
Schweißpotential
in Höhe von etwa 20 bis 30 Volt. Solange jedoch keine metallische Berührung zwischen
Masse und den spannungsführenden Teilen besteht, ist dies nicht weiter schlimm,
weil eine Berührung der spannungsführenden Teile durch Menschen unschädlich ist.
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Schäden können hingegen auftreten, wenn durch einen Nebenschluß im
Bereich der flexiblen Führungshülle 8 oder im Bereich der Halterung der Vorratsrolle
15 ein Strom zur Masse abfließen kann; ein solcher Nebenschluß ist in F i g. 1 durch
einen die Isoliermatte 18 überbrückenden losen Draht und in F i g. 2 durch eine
strichlierte Linie angedeutet.
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Solange kein Schweißpotential am Elektrodendraht 4 anliegt, ist ein
solcher Nebenschluß erfindungsgemäß nicht feststellbar. In diesen Fällen ist ein
Nebenschluß jedoch auch absolut unschädlich.
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Zur Feststellung von derartigen obengenannten Nebenschlüssen während
des Schweißens ist erfindungsgemäß außerhalb des gemeinsamen Laufweges von Drahtelektrode
4 und Schweißkabel 7' an die Drahtelektrode 4 eine Strommeßspule 20 induktiv angekoppelt.
Und zwar ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel die Strommeßspule 20 konzentrisch
um die flexible Führungshülle 8 herum angeordnet. Sie ist damit weit genug von dem
den Schweißstrom führenden Schweißkabel 7' oder dem Anschlußstück 7" angeordnet
und somit gegenüber diesen Teilen induktiv abgeschirmt bzw. abgekoppelt. Obwohl
die Lichtbogenschweißung mit Gleichstrom ausgeführt werden mag, ist im Falle eines
Nebenschlusses und eines Stromabflusses nach »rückwärts« ein ausreichend starkes
Strommeßsignal an der Strommeßspule 20 feststellbar, weil nämlich durch den unstetig
erfolgenden Tropfenübergang im Bereich des Lichtbogens es zu einer stark gepulsten
Gleichspannung und dementsprechend auch zu einem stark gepulsten Stromfluß auch
im Bereich des Nebenschlusses kommt, der ein magnetisches Wechselfeld um die Drahtelektrode
4 herum im rückwärtigen Bereich hervorruft, welches durch die Strommeßspule feststellbar
ist. Es ist hierbei auch unschädlich, daß der Elektrodendraht 4 im Bereich der Führungshülle
8 von magnetisch abschirmendem Material umgeben ist, nachdem dieses Material ebenfalls
im Falle eines Nebenschlusses stromdurchflossen ist.
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Die Nebenschlußströme sind im allgemeinen relativ hoch, so daß bei
Verwendung einer windungsreichen Strommeßspule ein sehr starkes Strommeßsignal an
den Ausgängen dieser Spule ansteht; es kann mit diesem Signal unmittelbar ein empfindliches
Relais 21 in einer Signalauswerteeinrichtung 29 angesteuert werden. Anstelle eines
Relais ist auch eine entsprechende Transistorschaltung denkbar. Außerdem kann bedarfsweise
eine Verstärkungsstufe für das Signal zwischengeschaltet sein. Vom Relais 21 wird
ein weiteres als Selbsthalterrelais geschaltetes Relais 22 angesteuert, dessen Arbeitskontakt
zumindest mittelbar aus dem Netz 23 gespeist ist. Mit diesem Selbsthalterelais 22
können Signaleinrichtungen wie z. B. eine Signalleuchte 24 oder ein Summer 25 angesteuert
werden. Außerdem ist es denkbar, parallel zu den Signaleinrichtungen auch noch ein
Abschaltschütz 26 zu schalten, durch welches im Falle eines Nebenschlusses die Schweißeinrichtung
stillgelegt wird. Es ist dabei denkbar, eine solche selbsttätige Abschaltung auch
von der Höhe des Nebenschlußstromes abhängig zu machen. Nachdem die Signalauswerteeinrichtung
29 derart ausgebildet ist, daß das Nebenschlußsignal auch bei einem nur vorübergehenden
Nebenschluß als dauerndes Signal stehen bleibt, ist auch noch ein Abschalttaster
27 angebracht, der es erlaubt, das Nebenschlußsignal abzuschalten. Wenn der Nebenschluß
nicht mehr fortbesteht, bleibt das Nebenschlußsignal auch nach dem Loslassen des
Abschalttasters 27 erloschen; besteht der Nebenschluß oder ein Nebenschluß hingegen
noch fort, so erscheint bzw. ertönt das Nebenschlußsignal auch weiterhin. Häufig
ist es nämlich so, daß durch einen ersten Nebenschluß ein zweiter Nebenschluß ausgelöst
wird. Beispielsweise kann durch einen die Isoliermatte überbrückenden losen Draht
28 ein so hoher Strom durch die flexible Führungshülle 8 hindurchfließen und diesen
so stark erwärmen, daß der die Führungshülle umgebende Isolierschlauch durchschmilzt
und es an der Durchführungsstelle der Führungshülle durch das Bodenblech der Bühne
16 zu einem weiteren Nebenschluß kommt. Allerdings gehören diese Zustände Dank der
Erfindung der Vergangenheit an, nachdem bei so hohen Nebenschlußströmen die Schweißanlage
sofort selbsttätig stillgesetzt werden kann, so daß derartige Sekundärschädigungen
nicht mehr auftreten können.