DE1904267C3 - Elektrische Schaltungsanordnung zur Schweißzeitsteuerung beim selbsttätigen Lichtbogen-Punktschweißen - Google Patents

Description

Elektrode und Werkstück liegenden Spannung. Es zeiten erreichen lassen.

gibt auch Schaltungsanordnungen, bei welchen das 40 In der Zeichnung sind Aus'ührungsbeispiele der

Anlassen des Zeitgebers sowohl vom Vorliegen eines Erfindung dargestellt.

f Schweißstroms als auch vom Vorliegen einer Span- Fig. 1 zeigt scherratisch ein Lichtbogen-Punkt-

nung zwischen Elektrode und Werkstück abhängig schweißgerät gemäß der Erfindung;

ist. Dabei dient bei einer Schaltungsanordnung Fig. 2 zeigt oszillographische Aufnahmen des (USA.-Patentschrift 2 843 727 und deutsche Aus- 45 Schweißstromes und der Elektrodenvorschubgelegeschrift 1005 681) zum Anlassen des Zeitgebers schwindigkeit bei der Einrichtung gemäß F i g. 1;
ein auf die Schweißspannung ansprechendes Relais, Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der welches wiederum durch ein zweites, nur auf die Erfindung an Hand eines Schaltschemas, welches eine Leerlaufspannung der Schweißstromquelle anspre- Abänderung des unterhalb der Liniu x-x liegenden chendes Relais blockiert wird, solange noch kein 50 Teiles des in F i g. 1 gezeigten Schaltschemas darstellt, Schweißstrom fließt. Diese Anordnung setzt einen Bei der Einrichtung gemäß F ί g. 1 wird eine drahtnicht zu kleinen Unterschied zwischen Leerlaufspan- förmige Elektrode 1 von Vorschubrollen 2 durch ein nung und Lichtbogenspannung und somit eine ab- Kontaktrohr 3 hindurch gegen die durch eine Punktfallende Kennlinie der Schweißstromquelle voraus. schv/eißung miteinander zu verbindenden, einander Bei einer anderen Anordnung (USA.-Patentschrift 55 überlappenden Bleche 4, 5 vorgeschoben. Das Kon-3 048 692) dient zum Anlassen des Zeitgebers ein auf taktrohr 3, weiches in bekannter Weise durch nicht die Schweißspannung ansprechendes Relais, welches gezeigte Halteglieder in einem bestimmten Abstand wiederum durch ein Schwdßstromrelais blockiert vom Blech 4 gehalten wird, ist von einer Schutzgaswird, solange noch kein Schweißstrom fließt. Diese düse 6 umgeben, welche mit Schutzgas von einer Anordnung arbeitet unabhängig von der Neigung der 60 Schutzgasquelle 7 über ein Magnetventil 8 versorgt Kennlinie der Schweißstromquelle. wird. Die Vorschubrollen, werden von einem Gleich-Den bekannten Schweißzeitgeber-Schaltungen ist strommotor9 angetrieben. Die Feldwicklung 10 des gemeinsam, daß sie mit dem Beginn des Schweiß- Motors wird mit gleichgerichtetem Strom durch eine stromes und/oder der Schweißspannung anlaufen und Gleichrichterbrücke 11 versorgt, welche wechselnach einer festen, vorgegebenen Zeitspanne den 65 stromseitig an die Klemmen 14, 15 einer nicht ge-Schweißstrom und den Elektrodenvorschub ausschal- zeigten Wechselstromquelle durch Sammelschienen ten_r unabhängig davon, was in der Zwischenzeit an ' 12, 13 angeschlossen ist. Die eine Bürste des Motors der Lichtbogenstrecke vor sich geht. ist an den Umschaltkontakt α eines Relais A ange-

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schlossen. In der gezeigten Ruhelage schließt der einem Widerstand 36, andererseits die Reihcnsehnl-Umschaltkontakt einen den Bremswiderstand 16 ent- lung einer Diode 37 mit einem Thyristor 38, Der haltenden Bremsstromkreis des Ankers des Motors 9. Thyristor 38 ist außerdem in Reihe mit aar Parallel-Jn der Arbeitslage des Umscnaitkontaktes α ist der schaltung der Wicklung des RelaisD und des Wider-Anker an die Gleichstromklemmen einer Gleich- 5 Standes 40 direkt über den Kondensator 31 angeriohterbrüeke 17 angeschlossen, welche wechselstrom- schlossen. Die mit dem Widerstand 30 verbundene seilig von einem an die Sammelschienen 12, 13 an- Seite des Kondensators 26 ist außerdem mit dem geschlossenen Spartransformator 18 gespeist wird, Emitter der Doppelbasisdiode 33 verbunden. Die eine dessen Ausgangsspannung zur Einstellung der Motor- Basis 35 (»Basis eins«) der Doppelbasisdiode ist mit drehzahl und somit auch der Vorschubgeschwindig- io der Steuerelektrode des Thyristors 38 durch einen keit einstellbar ist. Die schematisch gezeigte Schweiß- Begrenzungswiderstand 39 verbunden.
Stromquelle 19 kann z. B. eine an ein Drehstrom- Sowohl die Doppelbasisdiode 33 als der Thyristor

netz R, S, T angeschlossene Transformator-Gleich- 38 sind nichtleitend, solange die Spannung des Konrichtereinheit mit schwach abfallender Belastungs- densators26 kleiner ist als die Scheitelspannung der kennlinie sein. Der eine Schweißstromleiter Ll ist an 15 Doppelbasisdiode. Wenn dieser Spannungswert erdas Kontaktrohr 3 über die Wicklung eines Schweiß- reicht wird, wird die Doppelbasisdiode leitend, so Stromrelais B angeschlossen. Der andere Schweiß- daß sich der Kondensator 26 über den Widerstand 36 Stromleiter L2 ist an das Werkstück 4, 5 ange- entladet. Die über den Widerstand36 dabei auftreschlossen. tende Spannung zündet den Thyristor 38, wobei das

Das Schweiffctromrelais ist sovohl be^:m Anspre- 20 Relais D durch einen Stromkreis von der Plusklemme chen ais auch beim Abfall schnellwirkend und ist der Gleichrichterbrücke 27 über den Widerstand 28, vorzugsweise als Zungenrelais ausgeführt. Ein Zun- die Wicklung des Relais D und den Thyristor 38 zur genrelais zeichnet sich bekanntlich dadurch aus, daß Minusklemme der Gleichrichterbrücke erregt wird, die Kontaktglieder aus magnetischem Werkstoff be- Die auf die Doppelbasisdiode einwirkende Spannung stehen und gleichzeitig Teile des magnetischen Krei- 25 bleibt, solange der Thyristor 38 leitend ist, sehr klein, ses des Relais darstellen. Zum Schließen und Unter- Die Doppelbasisdiode bleibt deshalb leitend, bis die brechen des Schweißstromkreises dient ein Schütz E, Spannung des Kondensators 26 auf einen sehr nieddessen mit der Wicklung 21 des Magnetventils 8 par- rigen Betrag abgefallen ist.

allelgeschaltete Wicklung an die Sammelschienen 12, Das Gerät arbeitet in der folgenden Weise: Nach-

13 durch den Arbeitskontakt c2 eines Startrelais C 30 dem das Kontaktrohr 3, welches z.B. einen leil einer anschließbar ist. Die Wicklung des Startrdais C ist Schweißpistole darstellen kann, in die Arbeitslage in mit einem Kondensator 22 parallel geschaltet, wel- bezug auf die Schweißstelle gebracht worden ist, beeher eine gewisse Abfallverzögerung des Relais be- tätigt der Schweißer den Startschalter 24. Das Startwirkt, und wird von einem von der Gleichrichter- relais C wird dabei durch den oben beschriebenen brücke 23 gleichgerichteten Strom erregt. 35 Stromkreis erregt und schließt seine Arbeitskontakte

Die Wechselstromversorgung der Gleichrichter- el und c2. Der Kontakt c2 schließt einen Enegungsbrücke erfolgt durch einen Stromkreis von der einen Stromkreis der Wicklung 21 des Magnetventils 8 und Sammelschiene 12 über einen manuell betätigbaren der Wicklung des Schützes E, so daß das Schutzgas Startschalter 24, einen Handschalter 25 in der Stellung zugeführt und die Schweißspannung an die Kontakt- »P«, den Kontakt d des Relais D und die Gleich- 40 röhre 3 angeschlossen wird. Der Kontakt el schließt richterbrücke 23 zur Sammelschiene 13. Es wird im den Erregungsstromkreis des Relais A, dessen Umfolgenden vorausgesetzt, daß der Schalter 25 ständig schaltkontakt a dabei in die Arbeitslage umgestellt in der Lage »P» (»Punktschweißen«) steht. In der wird und den Arbeitsstromkreis des Ankers des Lage»AT« (»Kontinuierliches Schweißen«) ist das Ge- Motors 9 schließt. Der Motor läuft an, so daß der rät für den in diesem Zusammenhang nicht zu be- 45 Vorschub der Elektrode 1 gegen das Werkstück trachtenden Fall des Lichtbogen-Nahtschweißens an- anfängt,
gepaßt. Wenn die Elektrode das Werkstück berührt, wird

Der Arbeitskontakt b des Relais B schließt einen ein Kurzschlußstrom eingeleitet, der das Schweiß-Ladestrom kreis des Kondensators 26. Der Lade- Stromrelais B erregt, wobei das Relais schnell an-Stromkreis verläuft von der Plusklemme der Gleich- 50 spricht und durch seinen Kontakt b den Ladestromrichterbrücke 27 über die Widerstände 28 und 29, kreis des Kondensators 26 schließt. Die Kondensatorden Arbeitskontakt b, den einstellbaren Widerstand spannung wächst dabei mit einer von der Größe des 30 und den Kondensator 26 zur Minusklemme der einstellbaren Widerstandes 30 abhängigen Geschwin-Gleichrichterbrücke 27. Der Wechselstromkreis der digkeit. Der Kurzschluß des Schweißstromkreises Gleichrichterbrücke 27 verläuft von der Sammel- 55 wird nach einer kurzen Zeit dadurch aufgehoben, daß schiene 12 durch den geschlossenen Startschalter 24, das Drahtende abschmilzt und der Lichtbogen gezünden Schalter 25 in der Lage »P« und die Gleichrich- det wird. Wenn während der Ladedauer des Kondenterbrücke27 zur anderen Sammelschiene 13. Der sators der Schweißstrom dadurch unterbrochen wird, Widerstand 28 und der Kondensator 31 stellen ein daß die Zündung fehlschlägt oder der Lichtbogen Glättungsfilter dar. Mit der Reihenschaltung des Re- 60 nach der Zündung wieder erlischt, fällt das Schweißlaiskontakts b, des einstellbaren Widerstandes 30 unci stromrelais B wieder ab und öffnet seinen Kontakt b, des Kondensators 26 ist ein^ Zenerdiode 32 parallel so daß das Laden des Kondensators unterbrochen geschaltet, die zum Aufrechterhalten einer konstanten wird. Die Kondensatorspannung wird somit lediglich Spannung über der genannten Reihenschaltung wäh- im Verhältnis zu der Zeit wachsen, während welcher rend des Ladevorganges dient. Parallel mit der 65 im Schweißstromkreis tatsächlich ein Strom fließt. Zenerdiode 32 liegen zwei weitere Stromzweige, und Der Widerstand 30 ist so eingestellt, daß die Zeitzwar einerseits die Reihenschaltung einer Doppel- dauer des Anwachsens der Kondensatorspannung auf basisdiode (engl. »unijunction transistor«) 33 mit die Scheitelspannung der Doppelbasisdiode mit der

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zur Herstellung einer einwandfreien Punktschweißung 0,6 mm aufgenommen. Der Elektrodendurchmesser

bei den gegebenen Schweißbedingungen benötigten betrug 0,8 mm. Als Schweißstromqueiie wurde ein

Zeitdauer übereinstimmt. Die Einstellungsvorrichtung Schweißgleichrichter mit der Leerlaufspannung 32 V

des Widerstandes 3© ist zweckmäßig mit einei Zeit- und mit schwach abfallender Belastungskennlinie

skala versehen, welche die eingestellte Ladezeit direkt 5 (0,04 V/A) verwendet.

angibt. Die einer gegebenen Schweißaufgabe ent- 3ei der in F i g. 3 gezeigten abgeänderten Einrichsprechende Einstellung wird zweckmäßig einer an tung hat der Kondensator 41 dieselbe Aufgabe wie Hand von Schweißversuchen errichteten Tabelle ent- der Kondensator26 der Fig. 1. Der Ladestromkreis nommen. des Kondensators 41 enthält außer den in F i g. 1 geWenn die Spannung des Kondensators 26 die io zeigten Gliedern einen Transistor 42, dessen Emitter-Scheitelspannung der Doppelbasisdiode erreicht, wird spannung ein durch den Spannungsteiler 43 abgegrifdie Doppelbasisdiode leitend, wobei der Kondensator fener Teil der zwischen der Schweißelektrode und in der bereits beschriebenen Weise entladen wird und dem Werkstück wirksamen Spannung ist. Der Spandas RelaisD anspricht. Sein Ruhekontakt*/ öffnet nungsteiler ist derart eingestellt, daß beim Auftreten dabei den Erregungsstromkreis der Relais A und C. 15 der Bogenspannung zwischen Elektrode und Werk-Das Relais A fällt ab, wobei sein Umschaltkontakt α stück die abgegriffene Spannung dem Schwellenwert in die Ruhelage umgestellt wird und den Brems- der Emitterspannung entspricht. Der Transistor bleibt Stromkreis des Motors 9 schließt. Der Motor wird da- somit nichtleitend, bis die Bogenspannung im durch schnell zum Stillstand gebracht. Das Relais C Schweißstromkreis auftritt. Daraus folgt, daß das fällt mit Verzögerung ab, wobei sein Arbeitskontakt ao Laden des Kondensators 41 des Zeitmeßstromkreises et den Erregungsstrom der Magnetventilwicklung 21 nur dann fortgeht, wenn ein Schweißstrom fließt und und des Schützes E unterbricht. Das Magnetventil 8 ein Lichtbogen zwischen der Elektrode und dem wird geschlossen, und der Kontakte des Schützes Werkstück brennt. Es werden von der Zeitmessung wird geöffnet. Der Startkontakt 24 kann jetzt wieder nicht nur, wie bei der Einrichtung gemäß T- ig. 1, die geöffnet werden. ag stromlosen Pausen, sondern auch die Kurzschluß-Fig. 2 stellt den zeitlichen Ablauf des Schweiß- perioden ausgenommen, d.h. solche Perioden, wähstroms und der Vorschubgeschwindigkeit bei zwei rend welcher ein Schweißstrom fließt, aber kein verschiedenen Schweißversuchen dar. Bei dem ersten Bogen brennt. Man erreicht hierdurch grundsätzlich Versuch trat kurz nach der Zündung des Lichtbogens eine vollkommenere Steuerung als mit der Einricheine stromlose Pause ρ ein. Bei dem zweiten Versuch 30 tung gemäß Fi g. 1. Es hat sich jedoch erwiesen, daß traten zwei stromlose Pauseapi, ρ2 auf. Durch die auch die Einrichtung gemäß Fig. 1 praktisch einerfindungsgemäße Steuereinrichtung wird erreicht, wandfrei arbeitet. Diese Tatsache erklärt sich dadaß die »Stromzeit« T_t-p bzw. T₂-(pl+p2) in durch, daß die Kurzschlußperioden kurz sina bzw. beiden Fällen die gleiche ist. Die gezeigten Kurven daß ihre bei verschiedenen Gelegenheiten sich ergewurden beim Lichtbogen-Punktschweißen von zwei 35 benden Gesamtlängen meistens nicht wesentlich von-Blechen aus Kohlenstoffstahl mit einer Dicke von einander abweichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

1 2 Es hut sich erwiesen, daß mit den bekannten Ein- Patentansprüche: richtungen die erforderliche Güte und Gleichförmig keit der Punktschwcißungen nicht immer gcwiiljr-

1. Elektrische Schaltungsanordnung zur leistet wird. Es kommt %. B. unter Umständen vor, Schweißzeitsteuerung durch einen vom Schweiß- 5 daß in einer Reihe von Punktschwcißungen einige strom ausgelösten Zcitmcßkrcis beim selbstläti- Schweißungen tadellos, die übrigen aber ungenügend gen Lichtbogen-Punktschweißen mit einer ab- sind. Die Erfindung, welche die Beseitigung solcher schmelzenden Elektrode, dadurch gekenn- Störungen bezweckt, geht von der durch cm ein-

- zeichnet, daß der Zeitmeßkreis ein derart gehendes Studium der Einzelheiten des Schweißvor-

Γ vom Schweißstrom gesteuertes schnellwirkendes io ganges gewonnenen Erkenntnis aus, daß die vorlic-

Schaltglied enthält, daß kurzzeitige Unterbre- genden Schwierigkeiten vor allem durch vorüber-

chungen des Schweißstromes entsprechende Un- gehende, während des Beginns des Schweißvorgangs

terbrecbungen des Zeitmeßvorganges bewirken. auftretende Unterbrechungen des Schweißstroms ver-

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ursacht werden. Der Erfinder hat somit erkannt, daß kennzeichnet, daß der Zeitmeßstromkreis ein mit 15 es zur Verbesserung der Ergebnisse erforderlich ist, dem genannten Schaltglied in Reihe liegendes, Mittel vorzusehen, durch welche gegebenenfalls aufvon der Schweißspannung in der Weise gesteuer- tretende Unterbrechungen desSchweißstroms berücktes Schaliglied enthält, daß dieses Schaltglied nur sichtigt oder ausgeglichen werden.

dann geschlossen ist, wenn die Schweißspannung Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung zeich-

mindestens die Höhe der Bogenspannung er- ao net sich dadurch aus, daß der Zeitmeßkreis ein dcr-

reicht, damit gegebenenfalls auftretende, vorüber- art vom Schweißslrom gesteuertes, schnellwirkendes

gehende Kurzschlüsse ebenfalls entsprechende Schaltglied enthalt, daß kurzzeitige Unterbrechungen

|. Unterbrechungen des Zeitmeßvorganges mit sich des Schweißstroms entsprechende Unterbrechungen

*f bringen. des Zeitincßvorganges bewirken. Es wird hierdurch

Ιξ 25 eine verbesserte Annäherung der vom Zeitmeßstrom-

I; kreis gemessenen Zeitdauer an die tatsächliche

Schweißdauer und somit eine verbesserte Gleichför-

f migkeit und Güte der hergestellten Schweißungen er-

\ Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungs- reicht.

anordnung zur Schweißzeitsteuerung durch einen vom 30 Als schnellwirkendes Schaitglied ist in dieser Vcr-Schweißstrom ausgelösten Zeitmeßkreis beim selbst- bindung ein Schaltglied zu verstehen, dessen Antätigen Lichtbogen-Punktschweißen mit einer ab- Sprechdauer sowohl beim Ein- als auch beim Ausschmelzenden Elektrode. schalten höchstens 10 ms beträgt. Die bekannten soll. Schaltungsanordnungen dieser Art sind bereits in genannten Ztingenrelais, deren Ansprech- und Abzahlreichen Ausführungen bekannt. Bei einer be- 35 fallzeit von der Größenordnung I ms ist, sind für den I: kannten Schaltungsanordnung (USA.-PS 3 013 144) Zweck der Erfindung sehr geeignet. Es ist auch mögwird der Zeitgeber durch ein Schweißstromrelais in lieh, elektronische Schaltglieder zu verwenden, mit i'-_r Gang gesetzt, und zwar unabhängig von der zwischen denen sich bekanntlich noch viel kürzere Ansprech-