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Regeleinrichtung an elektrischen Lichtbogenschweißanlagen, bei denen
die Bewegungen der Elektrode in Abhängigkeit von der Spannung zwischen der zu regelnden
Elektrode und dem Werkstück selbsttätig gesteuert werden Die Erfindung bezieht sich
auf eine Regeleinrichtung für elektrischeLichtbogenschweißanlagen, bei denen die
Bewegungen der Elektrode bzw. Elektroden in Abhängigkeit von der Spannung zwischen
der zu regelnden Elektrode und dem Werkstück selbsttätig gesteuert werden.
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Für einen gleichmäßigen Schweißvorgang müssen die Länge sowie die
Spannung des Lichtbogens möglichst konstant gehalten werden. Zu diesem Zweck arbeiten
die bekannten elektrischenLichtbogenschweißanlagen derart, daß die Bewegung ihrer
Elektrode bzw. ihrer Elektroden in Abhängigkeit von den elektrischen Verhältnimen
des Lichtbogens gesteuert wird. Die zum Steuern dienenden Regeleinrichtungen, die
entweder in direkter oder indirekter Abhängigkeit von der Lichtbogenspannung arbeiten,
beeinflussen den Elektrodenvorschubmotor. Die bekannten Regeleinrichtungen
schalten
häufig; sie befinden sich oft in ständiger i ätigheit.
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Die Erfindung bezweckt nun ein Verringern der Anzahl der Umschaltungen
von Vorschieben auf Zurückziehen der Elektrode. Nach der .Erfindung wird nun eine
geringe Schalttätigkeit der Regeleinrichtung dadurch erreicht, daß die Elektrode
impulsartig vorgeschoben. dagegen fortlaufend zurückgezogen wird. In vorteilhafter
Weise ist dabei ein Umschalter vorgesehen, durch den der Regelmotor für di-- Elektrode
auf Vor- oder Rück-«-ärtslauf geschaltet wird. Nach der Erfindung kann weiterhin
vorteilhaft die schrittweise Beicegung der Elektrode durch einen periodisch unterbrechenden
Schalter im Motorstromkreis erzeugt werden. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der
Erfindung sind im folgenden beschrieben.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in einem Ausführungsbeispiel
veranschaulicht.
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Die Elei#:trcden i und 2 sind durch Leiter 3 und .M mit einem nicht
dargestellten Wechselstromnetz verbunden. Die Elektroden sind in den Haltern 5 und
6 derart geführt, daß die Elektrodenspitzen untereinander und gegenüber dem Werkstück
7 die zur Bildung eines Lichtbogens notwendige Entfernung haben. Der Halter 6 ist
fest, während der Halter 5 beweglich ist und auf der einen Seite mit einem Winkelliebel8
in Verbindung steht. Durch den Taster cl kann der Hebel 8 um eine Achse io gedreht
werden. Durch den Anschlag i i wird der Helüel 8 derart gehalten, daß die Halter
,5 und 6 zueinander die entsprechende Lage erhalten. Durch Drücken des Tasters
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kann der Hebcl e um die Achse io so weit geschwenkt "cerden, daß die Elektroden
i und 2 in Berührun-- kommen. Beim Loslassen des Heber 8 kehrt dieser in die in
der Zeichnung veranschaulichte Lage zurück, wobei der Lichtbogen zwischen beiden
Elektroden ge-. zündet wird.
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jede der Elelztrod°n i und : wird durch den Regelvorgang auf das Werkstück
zu bewegt bzw. vom Werkstück «-leder entfernt, und zwar mit Hilfe eines in seiner
Drehrichtung umkehrbaren Regelmotors 12, der über ein Übersetzungsgetriebe 13 auf
die Vorschubrollen 1q. der Elektroden «-irkt. Da. die Schaltungen der den Elektrodencorschub
bewirkenden Regelmotoren 12 untereinander gleich ausgeführt sind, ist zur Vereinfachung
der Zeichnung nur die Regeleinrichtung eines Motors dargestellt.
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Der Anker iS des Motors 12 wird inl Sinne einet- Vor schubbewegung
der Elektrode i durch den Umschalter i 5 und durch den periodisch unterbrechenden
Schalter 16 an das letz i7 gelegt. Dagegen wird der Motor 12 im Sinne einer Zurückziehung
der Elektrode i fortlaufend bewegt, da er alsdann nur über den Schalter 15 umgepolt
am letz 17 liegt. Während des Zurückziehens der Elektrode hat also der periodisch
unterbrechende Schalter 16 auf den 'Motor 12 keinen Einfluß.
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Das dauernde Ein- und Ausschalten des Ankerstromkreises des -Motors
12 während des Vorschiebens der Elektrode wird dadurch erreicht, daß der Anker iS
mit dem letz 17
durch folgenden Stromkreis verbunden wird: Klemme des Netzes
17, Leiter i9. Kontakte 20 des Umschalters 15, Leiter 21. Kontakte 22 des
periodisch unterbrechenden Schalters 16, Leiter 23 und 2.4, Kontakte 2.5 des Umschalters
15, Leiter 26 und Klemme des Netzes 17. Der Motor 12 wird dagegen fortlaufend
im Sinne einer Zurückziehbewegung der Elektrode i bewegt, wenn sein Anker iS mit
dem Netz 17 durch folgenden Stromkreis verbunden ist: Klemme des Netzes i7. Leiter
i g. Kontakte 27
des Umschalters 15, Leiter 24, 23 und 28, Kontakte
2g des Umschalters i_3. Leiter 26 und Klemme des Netze: 17. Das Feld 3o des Motors
12 ist dabei dauernd mit dem Netz 17 verbunden und demzufolge ständig erregt.
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Die Kontakte 22 des periodisch unterbrechenden Schalters 16 sind für
gewöhnlich geöftiet. Sie werden durch einen Nocken 31, der auf der Achse 32 eines
'Motors 33 sitzt, periodisch geschlossen. Die Geschwindigkeit des 'Motors 33 ist
zweckmäßig veränderlich. Die Geschwindigkeit wird vorzugsweise so eingestellt, daß
die Frequenz, mit der die Kontakte 22 periodisch geschlossen «-erden. in l-erbindung
mit der Schaltdauer eine solche ist, daß die Vorschubgeschwindigkeit, die der Elektrode
i durch den -Motor 12 erteilt wird, nur wenig größer ist als der Elektrodenabbrand
durch den Lichtbogen. Der -Motor 33 kann beispielsweise ein Elektromotor
sein.
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Der Umschalter i 5 wird durch eine Spule 3.4 betätigt, die von den
elektrischen Verhältnissen des Schweißstromes abhängig ist. Die Spule 34 ist mit
der Elektrode i und dem Werkstück,- durch einen nichtlinearen Stromkreis verbunden,
der einen Widerstand 35, eine Kapazität 36 und eine sättigungsfähige Induktanz 37
enthält. Bei der dargestellten Ausführungsform liegt die Spule 34 parallel zur Kapazität
36. Die Spule 3.4 des Umschalters 15 kann direkt mit dem Schweißstrom verbunden
werden, wenn aber die Schweißung mit Wechselstrom erfolgt, empfiehlt es sich, die
Verbindung über einen nichtlinearen Stromkreis herztistellpn. um so verbesserte
Schweißverhältnisse zu schaffen.
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In einem nichtlinearen Stromkreis treten ungewöhnliche Resonanzwirkungen
auf, die sich unterscheiden von denen eines Stromkreises, bei dem der Fluß des induktiven
Elementes
nahezu ganz. in Luft verläuft. Wenn ein Stromkreis, der in Reihe geschaltet Widerstand,
Kapazität und sättigungsfähige Induktanz besitzt, richtig bemessen ist, so zeigt
sich, daß bei allmählichem Ansteigen der Spannung bei konstanter Frequenz der effektive
Strom nicht verhältnisgleich der Spannung ist, sondern sich bei einer bestimmten
Spannung einem kritischen Wert nähert. Entsprechend nimmt der Strom bei einer allmählichen
Verminderung der Spannung bei konstanter Frequenz auf einen kritischen Wert bei
bestimmter Spannung ab. Der Einfachheit wegen sei die Spannung, bei der plötzlich
eine Erhöhung des Stromwertes eintritt, als Resonanzspannung, und die Spannung,
bei der plötzlich eine Abnahme des Stromwertes eintritt, als Dissonanzspannung bezeichnet.
Bei geeigneter Auswahl der Konstanten des nichtlinearen Stromkreises weicht die
Resonanzspannung von der Dissonanzspannung um einen bestimmten Betrag ab. Die Eigenschaften
eines nichtlinearen Stromkreises hängen von der Frequenz und der Wellenform der
Spannungsquelle ab. Wenn der Schweißstromkreis mit einer Spannungsquelle veränderlicher
Frequenz und verzerrter Wellenform verbunden ist, so können die Störungen durch
einen Stromkreis beseitigt werden, der eine Anzahl von Impedanzen mit einer Teilspannung
enthält, die sich linear mit der Frequenz des zu regelnden Stromkreises verändert.
Die Teilspannung wird zweckmäßig von der Impedanz genommen, die die harmonischen
Komponenten der Spannungen am stärksten unterdrückt.
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Die neue Regeleinrichtung läßt sich, wie das Ausführungsbeispiel zeigt,
besonders zweckmäßig anwenden bei einerLichtbogenschweißanlage, bei der ein Lichtbogen
zwischen zwei Elektroden gebildet wird und bei der zur Einstellung der Lage des
Lichtbogens gegenüber dem Werkstück für jede Elektrode eine besondere Regeleinrichtung
vorgesehen ist, die in Abhängigkeit von der Potentialdifferenz zwischen Elektrodenspitze
und Werkstück die jeweils erforderliche Bewegung jeder Elektrode selbsttätig steuert,
wenn das Werkstück der Einwirkung des Lichtbogens ausgesetzt wird.
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Die Wirkung der erfindungsgemäßen Regeleinrichtung ist folgend: Der
periodisch unterbrechende Schalter 16 wird durch Einschalten des Motors 33 in Tätigkeit
gesetzt. Dann wird ein Lichtbogen zwischen den Elektroden i und 2 gezogen, indem
die Elektrodenspitzen durch Betätigung des Hebels 8 vorübergehend in Berührung gebracht
werden. In der in der Zeichnung dargestellten Schaltstellung wird der Motor i2 im
Sinne einer Zurückziehbewegung der Elektrode bewegt. Wenn nun die Spannung zwischen
der Elektrode i und dem Werkstück 7 einen bestimmten Betrag überschreitet, so verläßt
der Umschalter 15 die dargestellte Schaltstellung und schließt die Kontakte 2o und
25. Hierdurch wird der Motorstromkreis geschlossen, der den Motor 12 mit periodischen
Unterbrechungen im Sinne einer Vorschubbewegung der Elektrode beeinflußt. Da die
resultierende V'orschubbewegung der Elektrode etwas größer als der Elektrodenabbrand
ist, so nimmt die Spannung zwischen Elektrode i und Werkstück 7 allmählich ab, bis
der Umschalter 15 wieder betätigt wird und die in der Zeichnung dargestellte Stellung
einnimmt. Dann wird der Motor 12 wieder im Sinne einer Zurückziehbewegung der Elektrode
unter Ausschluß des periodisch unterbrechenden Schalters 16 beeinflußt.
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Wegen des Unterschiedes zwischen dem Ansteigen und Abfallen der Spannung
des Relais 34. und des Unterschiedes zwischen, der Resonanz- und Dissonanzspannung
des nichtlinearen Stromkreises ist die Häufigkeit der Umschaltungen des Umschalters
15 bei richtiger Einstellung des periodisch unterbrechenden Schalters 16 eine verhältnismäßig
seltene. Bei richtiger Einstellung des periodisch unterbrechenden Schalters kann
auch die Schalthäufigkeit der Kontakte 22 auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden.
Durch die neue Regeleinrichtung wird es ermöglicht, auf die Lichtbogenspannung empfindlich
reagierende Einrichtungen zu verwenden, obwohl die Lichtbogenspannung verhältnismäßig
stark veränderlich ist und eine seltene Steuertätigkeit zweckmäßig erscheinen läßt,
indem das Öffnen und Schließen des Motorstromkreises während des Vorschubes durch
einen periodisch unterbrechenden Schalter erfolgt, der verhältnismäßig einfach in
seinem Aufbau sein kann.
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Bei Verwendung einer Gleichstromquelle können die Spule 3. und der
Umschalter 15 unmittelbar mit dem Schweißstrom verbunden sein. Im übrigen entspricht
die Regeleinrichtung im wesentlichen dem Aufbau einer Regeleinrichtung für die Wechselstromschweißung.
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An Stelle der Regelung des Ankers 18 des Motors 12 kann auch sein
Feld 30 in entsprechender Weise und zur Erzielung des gleichen Zweckes geregelt
werden. An Stelle der reinen Spannungsregelung kann auch eine reine Stromregelung
oder eine vereinigte Spannungs- und Stromregelung benutzt werden. Wenn das: Werkstück
die eine Elektrode bildet und. der Lichtbogen zwischen dem Werkstück und einer weiteren,
Elektrode, gezogen wird" kann die Regeleinrichtung in gleich vorteilhafter Welse
angewendet werden. Weiterhin kann nie Spule 34 des Ums chakers 15
im
Ausführungsbeispiel gemäß der Zeichnung auch direkt mit den Elektroden i und 2 verbunden
sein, um so auf einen gleichbleibenden abstand zwischen den Elektroden i und a zu
steuern. Bei einer solchen Regelun<-besteht jedoch keine Gewähr dafür, dal=l
der Lichtbogen eine bestimmte Lage gegenüber dem Werkstück; einnimmt.