DE665555C - Einrichtung zum elektrischen Widerstands-Punkt- oder -Punktnahtschweissen mit in denSchweissstromkreis eingeschalteten, gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Punkt- und Punktnahtschweißung, bei welcher zum Steuern des Schweii3stromes Entladungsstrecken mit Dampf 5 oder Gasfüllung im wesentlichen lichtbogenartiger Entladung dienen.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, zum Zünden der den Schweißstromkreis steuernden Entladungsstrecken einzelne oder periodisch aufeinanderfolgende Spannungsimpulse zu verwenden und die diese Impulse liefernde Spannungsquelle in den Zeiten, in denen die Entladungsstrecken gesperrt gehalten werden sollen, über eine gittergesteuerte Hilfsentladungsstrecke mit Dampf- oder Gasfüllung und Lichtbogenentladung kurzzuschließen. Die Sperrung der Hilfsentladungsstrecke zwecks Einsetzen der Entladung in den Hauptentladungsstrecken wird dabei im allgemeinen durch einen Spannungsabfall bewirkt, welcher durch den konstanten Ladestrom eines Kondensators an einem Widerstand auftritt. Die Ladung dieses Kondensators wird bei dieser Schaltung eingeleitet durch einen Steuerschalter im Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecke, welcher in Abhängigkeit von der Stellung der Schweißelektroden geschaltet wird.

Um zu erreichen, daß ζ. B. bei Halbwellensteuerung der Schweißstromimpuls mit Sicherheit nur genau eine Halbwelle bzw. den vorgeschriebenen Bruchteil einer Halbwelle umfaßt, ist bereits vorgeschlagen worden, den Steuerkondensator am Gitterkreis der Hilfsentladungsstrecke in Abhängigkeit von der am Schweißtransformator bei Einsetzen des Schweiß-Stromimpulses auftretenden Spannung über einen Gleichrichter beschleunigt nachzuladen und dadurch sehr rasch den Spannungsabfall für den die Sperrung der Hilfsentladungsstrecke erzeugenden Kondensatorladestrom zu unterbinden.

Diese bereits vorgeschlagene Schaltung hat den Nachteil, daß bei einer Regulierung der Schweißstromimpulse innerhalb einer Halbwelle der Speisewechselspannung auch die ZuIadüngen für den Kondensator verschieden groß werden. Um noch eine genügend große Zuladung zu erhalten, darf hier die Dauer des Schweißstromimpulses einen gewissen Bruchteil der Halbwelle der Speisewechselspannung nicht unterschreiten. Bei der Mehrwellen-Steuerung mit gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken dagegen, bei der durch die Zahl der zum völligen Aufladen des Steuerkondensators notwendigen Zuladungen die Zahl der vom Schweißstrom umfaßten Vollwellen bestimmt wird, ist bei diesen bekannten Anordnungen eine Regelung des xAnschnittes der

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Claus Fröhmer in Berlin-Siemensstadt.

Anodenwechselspannung überhaupt nicht möglich. Hier wird nämlich meistens die zweite der gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken (Folgestrecke) selbsttätig in Abhängigkeit von dem Brennen der ersten Strecke (Befehlsstrecke) gezündet und der Anschnitt der positiven, von der Befehlsstrecke geführten Halbwelle der Speisewechselspannung muß von vornherein so gewählt werden, daß ίο sich bei Übergang des Stromes von einer Entladungsstrecke auf die andere am Schweißtransformator eine durchlaufende Sinusspannung ergibt. Nur dann ist eine sichere Zündung der Folgestrecke gewährleistet. Eine Möglichkeit, die zweite (negative) Halbwelle irgendwie in beliebiger Weise anzuschneiden, besteht hier nicht. Die einzelnen Schweißstromimpulse lassen sich also bei diesen bekannten Anordnungen wohl hinsichtlich ihrer Dauer in genügendem Maße regeln, hinsichtlich der willkürlich einstellbaren mittleren Stromstärke jedoch sind die Regelmöglichkeiten stark beschränkt.

Es hat sich nun gezeigt, daß es für viele Materialien, bei denen z. B₁, wenn das Material seine Eigenschaften behalten soll, jede Gefügeverlagerung in der Oberfläche des Werkstückes vermieden werden muß, notwendig ist, die mittlere Schweißstromstärke sowohl bei HaIb-Wellensteuerung als auch bei Mehrwellensteuerung auf das genaueste zu dosieren.

Gemäß der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß eine dampf- oder gasgefüllte Hilfsentladungsstrecke vorgesehen ist, durch deren Anodenstrom mittelbar die Nachladung des Steuerkondensators erfolgt, deren Anodenspannung in fester Phasenbeziehung zu der Steuerwechselspannung der Hauptentladungsstrecken steht und deren Steuerspannung die gleiche wie die der einen Hauptentladungsstrecke ist. Die Primärwicklungen des Steuertransformators, über den die gestaffelte Kondensatoraufladung erfolgt, und des Gittertransformators sind parallel geschaltet, und es werden ferner die Steuergitter der einen Haupt- und der Hilfsentladungsstrecke direkt über Schutzwiderstände miteinander verbunden.

Der Steuerkondensator ist vorzugsweise veränderlich ausgebildet, um die Größe der einzelnen Ladestromstöße regeln zu können. Im Anodenkreis der Hilfsentladungsstrecke ist die Primärwicklung des Steuertransformators vorgesehen. Das Zuladen des Steuerkondensators erfolgt durch die Sekundärwicklung des Steuertransformators unter Zwischenschalten eines Gleichrichters und eines vorzugsweise veränderbaren Ladewiderstandes.

Die Anodenspannung der Hilfsentladungsstrecke und die Primärspannung des Gittertransformators für die Entladungsstrecken wird einem Phasenschieber entnommen. Dieser kann vorteilhafterweise eine Steuerspannung spitzer Wellenform liefern. Von der Einstellung des Phasenschiebers sind die Aufladeströme des Steuerkondensators unabhängig, da ja die Hilfsentladungsstrecke, über welche die Aufladung erfolgt, mit der bzw. den Hauptentladungsstrecken in fester Phasenbeziehung steht, die unabhängig von der Einstellung des Phasenschiebers erhalten bleibt. Die Ladestromstöße bleiben also stets dieselben, gleichgültig, ob die Gitterwechselspannung die Entladungsstrecke für eine ganze Halbwelle oder etwa nur für beispielsweise 10° der Halbwelle freigibt. Es wird auf diese Weise ein einwandfreies Arbeiten der Anordnung bei jeder Verschiebung der Phase der Gitterwechselspannung erzielt.

Um auch bei Mehrwellenschweißeinrichtungen, bei denen im Schweißstromkreis zwei gegensinnig parallel geschaltete, selbsttätig in Abhängigkeit voneinander gezündete Entladungsstrecken vorgesehen sind, zu erreichen, daß nicht nur der Anschnitt der jeweils ersten (positiven) Halbwelle, welche von der ersten, unabhängig gesteuerten Entladungsstrecke geführt wird, sondern auch der Anschnitt der zweiten (negativen) von der abhängig gesteuerten Entladungsstrecke geführten Halbwelle regelbar ist, wird in weiterer Ausbildung der Erfindung der Steuertransformator mit einer zweiten Sekundärwicklung versehen, welche derart an das Gitter der abhängig gezündeten Entladungsstrecke angeschlossen ist, daß die durch den Magnetisierungsstrom des Steuertransformators erzeugte Spannungsspitze die Zündung der zweiten der gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken bewirkt. Da der Steuertransformator mit einer mit der Gitterspannung phasengleichen Spannung gespeist wird und diese Spannung stets nur dann am Transformator auftritt, wenn die erste Entladungsstrecke gezündet wird, wird also die Zündung der Folgestrecke stets nur nach einer Brennperiode der Befehlsstrecke stattfinden, und zwar unabhängig vom Anodenanschnitt der Befehlsstrecke stets 180 elektrische Grade später als die Zündung dieser letzteren Entladungsstrecke. Die Zündung der Folgestrecke ist damit vollkommen unabhängig von dem Stromfluß in den Entladungsstrecken bzw. im Schweißtransformator selbst.

Die durch den Magnetisierungsstrom erzeugte Steuerspannungsspitze für die Folgestrecke ist nun verhältnismäßig breit, so daß der geforderte Anschnitt der Anodenspannung hierdurch nicht genau festgelegt werden kann. Zur Vermeidung dieses Nachteiles wird in weiterer Ausbildung der Erfindung dieser Spannung die phasengleiche, steile Wechselspannung des Gittertransformators überlagert, indem diezweite Sekundärwicklung des Steuertransformators mit einer zweiten Sekundärwicklung des Gitter-

transformator und einer negativen Vorspannungsquelle geeigneter Höhe hintereinander (in Reihe) an das Gitter der Folgestrecke gelegt wird. Die einzelnen Spannungen sind dabei so bemessen, daß stets nur die steile Gitterwechselspannungsspitze, die auf der durch den Magnetisierungsstrom des Steuertransformators erzeugten breiten Spannungsspitze aufsitzt, die Zündung der Folgestrecke bewirken kann. Die

ίο Schweißeinrichtung arbeitet auf diese Weise nicht nur in bezug auf die geforderte Zahl der vom Schweißstrom umfaßten Halb- bzw. Vollwellen, sondern auch in bezug auf eine vorbestimmte mittlere Stromstärke äußerst genau.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnung näher erläutert.

Die Abb. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Schweißemrichtung gemäß der Erfindung, die sowohl für Halbwellen- und Mehrwellenpunktschweißung als auch für Punktnahtschweißung Verwendung finden kann. Im Sekundärkreis des an das Wechselstromnetz 1 angeschlossenen Schweißtransformators 2 liegen die Schweißelektroden 3. In den Primärkreis sind die gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken 4 und 5 eingeschaltet. Sie besitzen lichtbogenähnliche Entladung und können mit Glühkathoden oder Quecksilberkathoden versehen sein.

Die Entladungsstrecke 5 (Folgestrecke) wird hierbei selbsttätig in Abhängigkeit von der Stromdurchlässigkeit der Entladungsstrecke 4 (Befehlsstrecke) gesteuert. Die Steuerspannung für die Entladungsstrecken wird über den Phasenschieber 6 und den Gittertransformator 9 dem Netz entnommen.

Im Steuerkreis der Befehlsstrecke 4 liegt die Sekundärwicklung 10' des Gittertransformators 9. In bekannter Weise wird diese Sekundärwicklung in den Schweißpausen durch die Hilfsentladungsstrecke 11 mit lichtbogenartiger Entladung über den Widerstand 20 kurzgeschlossen, so daß die Entladungsstrecke 4 unter Einwirkung der bei 8 angelegten negativen Gittervorspannung gesperrt ist. Das Gitter der Hilfsentladungsstrecke 11 besitzt während dieser Zeit ein positives Potential, welches über einen Gitterschutzwiderstand und den Widerstand R₁ an dei* Batterie 14 abgegriffen wird.

Soll ein Schweißstromimpuls erfolgen, so wird der von der Schweißmaschine betätigte Steuerschalter 12 so umgelegt, daß er durch Verbinden der Kontakte α und b eine Aufladung des veränderlichen Steuerkondensators C aus der Batterie 14 bewirkt. Der dadurch am Widerstand R₁ entstehende Spannungsabfall sperrt die Hilfsentladungsstrecke 11, und die vom Transformator 9 in der Wicklung 10' erzeugte Spannungsspitze kann somit die Zündung der Hauptentladungsstrecke 4 und der Hilfsentladungsstrecke 7 bewirken.

Mit dem Einsetzen der Entladung in der Hauptentladungsstrecke 4 erfolgt jetzt eine beschleunigte Nachladung des Kondensators C über den Steuertransformator 15, den Trockengleichrichter 17 und den veränderlichen Widerstand R₂. Die Primärwicklung 16 des Steuer-Iransformators 15 liegt zu diesem Zweck parallel zur Primärwicklung 10 des Gittertransformators. Vermittels der Hilfsentladungsstrecke 7, die ebenfalls lichtbogenartige Entladung besitzt, wird die Primärwicklung des Steuertransformators 15 gleichzeitig mit der Befehlsstrecke 4 ein- und ausgeschaltet. Die Hilfsentladungsstrecke 7 wird ebenso wie die Befehlsstrecke 4 von der Wicklung 10' des Gittertransformators gesteuert, die Steuergitter der beiden Strecken sind über Gitterschutzwiderstände unmittelbar miteinander verbunden. Zwischen der an den Punkten X, Y liegenden Spannung und der Spannung der Wicklung 10' besteht also eine feste Phasenbeziehung, und die über die Sekundärwicklung i6' des Steuertransformators erfolgende Nachladung des Kondensators C ist damit vom Schweißstrom selbst vollkommen unabhängig.

Die bei Freigabe der Hilfsentladungsstrecke 7 für eine Halbwelle am Steuertransformator 15 entstehende Spannung CZ₁₃ ist in der Abb. 2 schematisch dargestellt. Die Steuerspannung CZ₁₀ liegt am Gitter der Hilfsentladungsstrecke 7. Der öffnungswinkel der Entladungsstrecke beträgt bei allen Stellungen des Phasenschiebers 6 zweckmäßig iio°. Durch den im Transformator fließenden Magnetisierungsstrom bleibt die Spannung beim Nulldurchgang nicht Null, sondern verläuft nach der punktiert eingetragenen Linie weiter und klingt dann auf Null ab. Ein nochmaliges Einsetzen der Entladung in der Hilfsentladungsstrecke 7 wird vermieden, da die nächstfolgende positive Gitterspannungsspitze durch die Hilfsentladungsstrecke 11 wieder kurzgeschlossen ist. Mit der Spannung U₁-, wird nämlich der Kondensator C über den Widerstand R₂ in einer bestimmten Anzahl von Stufen, je nach der Zahl der freizugebenden Wellen, nachgeladen. In dem in der Abb. 2 gezeichneten Fall wird die Entladungsstrecke 4 nur für eine Halbwelle freigegeben, bei Auftreten der nachsten Halbwelle ist die Entladungsstrecke durch die negative Gittervorspannung i7₈ bereits wieder gesperrt.

Die Folgestrecke 5 wird durch die Überlagerung der an der Sekundärwicklung 16" des Steuertransformators 15 auftretenden Spannung und der Spannung der Wicklung 10" des Gittertransformators gesteuert. Maßgebend für den Zeitpunkt der Zündung der Entladungsstrecke 5 ist dabei die durch den Magnetisierungsstrom nach Verschwinden der Spannung am Steuertransformator erzeugte Spannungsspitze. Um

diese weitgehend sichtbar zu machen, ist in weiterer Ausbildung der Erfindung parallel zur Wicklung 16" ein Kondensator 22 und ein Entladewiderstand 23 angeordnet. In Reihe dazu liegt der Gleichrichter (Trockengleichrichter) 24. Den Verlauf der verschiedenen Spannungen im Steuergitterkreis der Strecke 5 zeigt die Abb. 3. Die Kurve α stellt die Spannung am Schweißtransformator 2 bei einer bestimmten Einstellung des Phasenschiebers 6 (Phasenverschiebung φ) dar. Bei b ist die Spannung U₁₇, am Steuertransformator aufgezeichnet. Der gestrichelte Kurventeil bedeutet dabei die durch den Magnetisierungsstrom erzeugte Spannungsspitze, welche über den Gleichrichter 24 den Kondensator 22 auflädt und dadurch an den Enden des Widerstandes 23 eine Spannung auftreten läßt. Bei c ist dargestellt, in welcher Weise sich die Spannung am Kondensator 22 und die Gitterwechselspannung U₁₀" überlagern. Auch hier ist der Fall eines Schweißstromimpulses von der Dauer nur einer Vollwelle gezeichnet. Zwischen der Zeit i₀ und i_x wird der Steuerschalter 12 umgelegt. Zur Zeit I₁ wird dann die Befehlsstrecke 4 (Kurve a) und die Hilfsentladungsstrecke 7 (Kurve b) gezündet. Gleichzeitig entsteht am Kondensator 22 die durch die stark gestrichelte Kurve c dargestellte Spannung. Diese Kurve erreicht zur Zeit t₂ ihr Maximum. Zur selben Zeit überlagert sich dieser Spannungsspitze eine Spitze der Spannung U₁₀" des Gittertransformators 9 und gibt damit die Folgestrecke 5 frei (Kurve a). Bedingung für ein einwandfreies Arbeiten der 5 Schaltung ist, daß die negative Gittervorspannung U₁₆ der Entladungsstrecke 5 ' größer ist als der Scheitelwert der Spannungsspitze der Gitterspannung U₁₀", wie das' durch die bei c gezeichneten Kurven dargestellt ist. Die Schaltung arbeitet außerordentlich exakt, da sich die Zündspitze im Maximum der Spannung des Steuertransformators 15 überlagert.

Die Kurven b und c bleiben unverändert bei allen Stellungen des Phasenschiebers 6. Verändert wird lediglich der Öffnungswinkel der Entladungsstrecke 4 und 5.

Sollen mit der beschriebenen Anordnung nur Schweißstromimpulse von der Dauer höchstens einer Halbwelle erzeugt werden, so ist die Entladungsstrecke 5 überflüssig und wird dann durch Kurzschließen der Wicklung 10" über den Widerstand 19 und den Schalter 21 dauernd gesperrt gehalten (vgl. Abb. 1).

Die beschriebene Einrichtung hat den besonderen Vorteil, daß sie sich leicht mit einer Steuereinrichtung für Punktnahtschweißung kombinieren läßt. Bei der Nahtsteuerung wird die Einstellung des Strom-Pause-Verhältnisses in bekannter Weise durch eine Schaltwalze 25 durchgeführt, die mittels des Schalters 13 durch Verbinden der Kontakte c und d (Abb. 1) eingeschaltet wird. Bei dieser Schaltung genügt eine einzige Schaltwalze, da die Folgestrecke wie bei der Mehrwellensteuerung durch den Steuertransformator 15 selbsttätig gezündet wird. Die Hilfsentladungsstrecke 11 und der Nachladekreis des Kondensators C nebst dem Steuerschalter 12 sind bei Verwendung der Schaltwalzensteuerung (Nahtschweißung) außer Betrieb. Die Feineinstellung der mittleren Schweißstromstärke durch den Phasenschieber 6 wird sowohl für die Punkt- wie auch für die Punktnahtschweißung benutzt, so daß ein besonderer Phasenschieberkreis für die Nahtsteuerung nicht notwendig ist.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zum elektrischen Widerstandspunkt- oder -Punktnahtschweißen mit mittelbar oder unmittelbar in den Schweißstromkreis eingeschalteten, gesteuerten Dampf- oder Gasentladungsstrecken, bei der die Dauer der Schweißstromimpulse von dem Ladezustand eines Steuerkondensators abhängig ist, der im Steuerkreis einer Dampfoder Gasentladungsstrecke liegt und dessen Aufladung gestaffelt erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Dampf- oder gasgefüllte Hilfsentladungsstrecke (7) vorgesehen ist, durch deren Anodenstrom mittelbar die Zuladung des Kondensators erfolgt, deren Anodenspannung in fester Phasenbeziehung zu der Steuerwechselspannung der Hauptentladungsstrecken (4, 5) steht und der die gleiche Steuerspannung zugeführt wird wie einer der Hauptentladungsstrecken.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Anodenkreis der Hilfsentladungsstrecke (7) die Primärwicklung (16) eines Transformators (15) liegt, über dessen Sekundärwicklung (16') unter Zwischenschalten eines Gleichrichters (17) und eines —· vorzugsweise veränderbaren — Ladewiderstandes (R₂) die Zuladung des — ebenfalls vorzugsweise veränderbaren — Steuerkondensators (C) erfolgt.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenspannung der Hilfsentladungsstrecke (7) einem Phasenschieber (6) entnommen ist, an den auch die Primärwicklung (10) eines Transformators (9) angeschlossen ist, der eine Steuerwechselspannung für die Hauptentladungsstrecken mit vorzugsweise spitzer ng Wellenform liefert.

4. Einrichtung nach Anspruch ϊ oder folgenden mit zwei gegensinnig parallel geschalteten Dampf- oder Gasentladungsstrekken im Schweißstromkreis, von denen die zweite selbsttätig in Abhängigkeit vom Stromführen der ersten gezündet wird, da-

durch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung der zweiten Hauptentladungsstrecke, aus einer negativen Gleichspannung, aus einer;;-Wechselspannung spitzer Wellenform, die-⁴-eine Phasenverschiebung von 180 ° gegenüber der den Steuerkreis der ersten Entladungsstrecke zugeführten Wechselspannung spitzer Wellenform aufweist, und aus Spannungsimpulsen besteht, die in Abhängigkeit vom Stromführen der Hilfsentladungsstrecke (7) an einem durch einen Widerstand überbrückten Kondensator (22), der über einen Gleichrichter (24) an eine zweite Sekundärwicklung (16") des Transformators (15) ange-, schlossen ist, erzeugt werden, wobei diese drei Teilspannungen so bemessen sind, daß die zweite Hauptentladungsstrecke gezündet wird, wenn eine Spannungsspitze der Wech-. selspannung mit einem Spannungsimpuls am Kondensator (22) überlagert wird.

5. Einrichtung nach Anspruch 4zurPunktnahtschweißung, dadurch gekennzeichnet, daß eine einzige Schaltwalze (25) im Steuerkreis einer Hauptentladungsstrecke und der ersten Hilfsentladungsstrecke (7) vorgesehen ist, die periodisch die diesen Entladungsstrecken zugeführte Steuerwechselspannung kurzschließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen