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Einrichtung zur Fernregelung eines Schweisstransformators
Es ist bekannt, bei der elektrischen Lichtbogenschweissung die Schweissstromquelle vom Arbeitsplatz aus ohne die Verwendung besonderer Steuerleitungen zu regeln, indem der Steuerstrom durch das Schweisskabel vermittelt wird. Bei einer bekannten Regeleinrichtung dieser Art stellt die Schweissstromquelle auch die Stromquelle des Steuerstromes dar. Die Steuerströme kommen dadurch zustande, dass der Schweisser die Schweisselektrode oder das Schweisskabel an das Werkstück oder die Rückleitung über die eine oder andere von zwei am Arbeitsplatz vorgesehenen, verschieden grossen Widerständen anschliesst. Es können also zweiverschiedene Steuerstromstärken gewählt werden, welche beide wesentlich niedriger als der niedrigste vorkommende Schweissstrom sein müssen.
Der bei der Schweissstromquelle angeordnete Empfänger enthält zwei Relais, welche vom Strome im Schweissstromkreis über eine stromstärkenabhängige Vorrichtung in der Weise gesteuert werden, dass das eine Relais bei der einen Steuerstromstärke anspricht und eine Regelung in der einen Richtung bewirkt, während das andere Relais (oder beide Relais) bei der andern Steuerstromstärke anspricht und eine Regelung in der andern Richtung bewirkt.
Um ein falsches Ansprechen der Relais zu verhindern, muss die höhere Steuerstromstärke wesentlich niedriger als der niedrigste vorkommende Schweissstrom sein, die niedrigere Steuerstromstärke wesentlich höher als die praktisch vorkommenden Leckströme sein, und der Unterschied der beiden Steuerstromstärken ebenfalls wesentlich grösser als die Leckströme sein. Zur Entgegenwirkung etwaiger instabiler Kontaktwiderstände im Steuerstromkreis sindverhälntismässig hohe Steuerstromstärken erwünscht. Diese verschiedenen Wünsche lassen sich manchmal schwer vereinen.
Bei einer andern bekannten Regeleinrichtung enthält der Steuerstromkreis eine von der Schweissstromquelle getrennte Wechselstromquelle, welche mit der Wicklung eines polarisierten Relais in Reihe geschaltet ist. Das Ansprechen des polarisierten Relais in der einen oder andern Richtung bewirkt eine Änderung der Einstellung der Schweissstromquelle gegen höhere bzw. niedrigere Stromstärken. Die Steuerströme werden in diesem Falle vom Schweisser dadurch eingeleitet, dass die Schweisselektrode an das Werkstück über einen besonderen Gleichrichter angeschlossen wird, welcher mit der einen oder andern Durchlassrichtung je nach der erwünschten Änderung der Einstellung der Schweissstromquelle eingeschaltet wird.
Der Schweissvorgang wird vom Schweisser dadurch eingeleitet, dass er die Elektrode unmittelbar ge- gsn das Werkstück ansetzt, wobei das Schweisskabel durch besondere Relaisvorrichtungen selbsttätig von der Steuerstromquelle und dem polarisierten Relais weggeschaltet und statt dessen an die Schweissstromquelle angeschlossen wird. Die erwähnten Relaisvorrichtungen sind kostspielig und bringen eine nicht erwünschte Komplikation der Schweissanlage mit sich.
Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, eine verbesserte Fernregeleinrichtung für einen Schweisstransformator herzustellen, welcher die Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht aufweist. Die erfindungsgemässe Einrichtung gehört zu demjenigen Typ, bei welchem der über das Schweisskabel verlaufende Steuerstromkreis eine Wechselstromquelle, einen in Reihe mit dem Schweisskabel am Arbeitsplatz einschaltbaren Geber und einen bei dem Transformator angeordneten Empfänger enthält, wobei der Geber mit einem Gleichrichter zur Gleichrichtung des Steuerstromes versehen und der Empfänger nur für Gleichstrom empfindlich ist und einen Stromstärkeregler des Schweisstransformators steuert.
Die erfindungsgemässe Einrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Steuerstromquelle aus der Sekundärwicklung des Schweisstrans-
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formators besteht und dass der Empfänger im Schweissstromkreis in Reihe eingeschaltet ist. Es wird hiedurch unter anderem erreicht, dass beim Steuervorgang keine Unterbrechung der Verbindung des Schweiss kabels mit dem Schweisstransformator stattfindet und dass die Stärke des Steuerstromes ohne weiteres genügend hoch für eine-sichere Steuerwirkung gewählt werden kann. És ist sogar möglich, eine Steuerstromstärke gleicher Grössenordnung wie die Schweissstromstärke zu wählen.
Die Erfindung soll jetzt an Hand der Zeichnung näher erklärt werden. Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Schweissanlage mit einer Fernregeleinrichtung gemäss der Erfindung.
Fig. 2 zeigt eine Abänderung der in Fig. l gezeigten Fernregeleinrichtung. Fig. 3 zeigt ein Schaltschema einer andern Ausführungsform eines Steuerstromempfängers gemäss der Erfindung. Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform, welche im Gegensatz zu den Einrichtungen gemäss Fig. l - 3 mit Steuerströmen in zwei Stromrichtungen arbeitet. Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen von Steuerstromgebern zur wahlweisen Erzeugung eines Steuerstromes in der einen oder in der andern Richtung.
Die in Fig. l gezeigte Anlage umfasst einen Schweisstransformator 1 mit den Eingangsklemmen 2 und den Ausgangsklemmen 3. Die Reaktanz des Transformators kann von Hand mittels des Rades 4 eingestellt werden. Das Rad betätigt z. B. ein bewegliches Streujoch oder eine bewegliche Wicklung des Transformators. Für die Fernregelung der Reaktanz ist ausserdem ein Verstellmotor 5 vorgesehen, welcher die Radwelle mittels eines Getriebes 6 antreibt, welches mit einer nicht gezeigten Reibungskupplung oder einer ein- und ausschaltbaren Kupplung versehen ist. Für die Steuerstromsendung wird ein Gerät verwendet, welches aus einem Kasten 7 mit zwei Scheitelkontakten 8, 9 und einem Bodenkontakt 10 besteht. Zwischen dem einen Scheitelkontakt 9 und dem Bodenkontakt 10 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 11, eines Widerstandes 12 und eines Trockengleichrichters 13 eingeschaltet.
Die Verbindungsstelle der Widerstände 11 und 12 ist an den zweiten Scheitelkontakt 8 angeschlossen. Zur Fernregelung des Transformators bringt der Schweisser den Kasten auf das Werkstück 14 oder auf einen mit dem Werkstück elektrisch verbundenen Teil an und bringt die Elektrode 15 oder den Elektrodenhälter in Berührung mit einem der Scheitel kontakte 8, 9, wobei ein gleichgerichteter Steuerstrom durch den Schweissstromkreis fliesst.
Der beim Schweisstransformator angeordnete Steuerstromempfänger enthält einen Transduktor 16 mit zwei Gleichstromwicklungen 16 A, 16 B und eine Wechselstromwicklung 16 C. Die Gleichstromwicklung 16 A stellt die Steuerwicklung des Transduktors dar und ist mit dem Schweissstromkreis in Reihe geschaltet. Die Gleichstromwicklung 16 B ist eine Vormagnetisierungswicklung, welche von einem mittels eines Widerstandes 17 regelbaren Gleichstrom (Referenzstrom) erregt wird. Der Gleichstrom wird von der Se- kundärwicklungTS2 eines Transformators T über den Vollweggleichrichter 18 geliefert. Die Primärwicklung TP ist am Netz angeschlossen. Die Wechselstromwicklung 16 C ist die Arbeitswicklung des Transduktors, deren Reaktanz von der Gleichstromerregung des Transduktorkerns abhängig ist.
Die Amperewindungszahl der Wicklung 16 B genügt, um bei stromloser Wicldung 16 A den Kern mindestens bis zur Sättigung zu erregen. Die Wicklung 16 A ist so geschaltet, dass die Amperewindungszahl des vom Gleichrichter 13 gleichgerichteten Steuerstromes der Amperewindungszahl der Wicklung 16 B entgegengerichtet ist. Die Stromkreise der Wicklungen 16 A, 16 B sind dabei so bemessen, dass ein Schliessen des Steuerstromkreises durch den Kontakt 9 eine Herabsetzung der Gleichstromerregung des Transduktors auf einen unterhalb des Sättigungspunktes liegenden Wert und dass ein Schliessen des Steuerstromkreises durch den Kontakt 8 eine weitere Herabsetzung der Gleichstromerregung des Transduktors bewirkt.
Die Reaktanz der Arbeitswicklung 16 C nimmt somit, wenn ein Steuerstrom im Schweissstromkreis fliesst, den einen oder den andern von zwei höheren Werten an, je nachdem der eine oder der andere der Kontakte 8, 9 eingeschaltet ist.
Die Arbeitswicklung ist in Reihe mit einem Vollweggleichrichter 19 an der Sekundärwicklung TS 3 des Transformators 3 angeschlossen. Der Vollweggleichrichter 19 bildet auf der Gleichstromseite in Reihe mit einem regelbaren Widerstand 20 den einen Ast (Geberast) einer Brückenschaltung, deren anderer Ast (Vergleichsast) ebenfalls einen regelbaren Widerstand 21 in Reihe mit einem Vollweggleichrichter 22 ent- hält, welcher von der SekundärwicklungTS 4 des Transformators T gespeist wird. Die Gleichrichter 19, 22 sind so geschaltet, dass sie in der von den beiden Ästen gebildeten geschlossenen Gleichstromschleife dieselbe Durchlassrichtung aufweisen.
Der Messast der Brücke, welcher zwischen den Verbindungsstellen der beiden eben beschriebenen Äste eingeschaltet ist, enthält die Reihenschaltung der Arbeitswicklungen von zwei Relais 23, 24 und eines Gleichrichters 25, der so geschaltet ist, dass der Messast gegen den vom Vollweggleichrichter 19 im Geberast der Brücke gelieferten Strom gesperrt ist. Es kann somit im Messast kein Strom fliessen, bevor die im Geberast vom Gleichrichter 19 abgegebene Gleichspannung unter dem Werte abgefallen ist, bei welchem die Brücke ausgeglichen ist, d. h., bei welchem die Spannung über den Messast null ist. Die genannte abgegebene Gleichspannung ist proportional dem Unterschied zwischen der
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Spannung der Wicklung TS 3 und dem Spannungsabfall in der Arbeitswicklung 16 C.
Bei abgeglichener Brücke muss somit eine bestimmte Reaktanz der Wicklung 16 C vorliegen. Die Brücke ist so bemessen, dass der genannte, dem abgeglichenen Zustand entsprechende Reaktanzwert der Wicklung 16 C zwischen ihrer Reaktanz bei stromloser Wicklung 16 A und ihrer Reaktanz in dem Falle, wenn die Wicklung 16 A von einem am Kontakt 9 geschlossenen Steuerstrom durchflossen wird, liegt. Durch den Messast wird somit ein gewisser niedriger Strom fliessen, wenn der Steuerstrom über den Kontakt 9 verläuft, und ein gewisser höherer Strom fliessen, wenn der Steuerstrom über den Kontakt 8 fliesst. Das eine Relais 23 spricht sowohl beim niedrigeren als auch beim höheren Strom an. Das andere Relais 24, dessen Wicklung mit einem Widerstand 26 parallelgeschaltet ist, spricht nur beim höheren Strom an.
Die Arbeitskontakte 23a, 24a der Relais 23, 24 steuern je ein Zwischenrelais 27, 28. Das Relais 27 hat zwei Arbeitskontakte 27a, und das Relais 28 hat zwei Wechselkontakte 28a, welche einen Polumschalter für den Ankerstromkreis 29 des Motors 5 darstellen. Wenn das Relais 27 allein anspricht, wird über dessen Arbeitskontakte eine an die Klemmen 31 angeschlossene Gleichstromquelle einerseits an den Erregungsstromkreis 30 des Motors 5, anderseits über die Wechselkontakte 28a in ihrer Ruhelage an den Ankerstromkreis des Motors 5 angeschlossen. Der Motor wird in Bewegung in derjenigen Umdrehungsrichtung versetzt, welche einer Herabsetzung des Kurzschlussstromes des Transformators 1 entspricht.
Beim Ansprechen beider Relais 27 und 28 wird der Erregungsstromkreis des Motors in derselben Weise wie oben beschrieben eingeschaltet, während dem Ankerstromkreis über die Wechselkontakte 28a in der Arbeitslage ein Strom in derjenigen Richtung zugeführt wird, welche einer Heraufsetzung des Kurzschlussstromes des Transformators 1 entspricht. In beiden Fällen wird der Motor bei Unterbrechung des Steuerstromkreises beim Kontakt 9 bzw. 8 unmittelbar stillgesetzt.
Der Schweisser kann somit eine grössere oder kleinere Änderung der Stromeinstellung dadurch erreichen, dass er den Steuerstromkreis eine längere oder kürzere Zeit geschlossen hält.
Der Gleichrichter 13 ist so geschaltet, dass die Richtung des von ihm durchgelassenen Steuerstromes entgegengesetzt zu der Richtung der gleichgerichteten Komponente des Schweissstromes ist. Die betreffende Komponente ist im allgemeinen im Lichtbogen vom Werkstück zu der Elektrode gerichtet. Es wird dadurch erreicht, dass die gleichgerichtete Komponente des Schweissstromes den Eisenkern des Transduktors in derselben Richtung wie die Vormagnetisierung durch die Wicklung 16 B erregt und also keine Erhöhung der Reaktanz der Arbeitswicklung 16 C bewirkt. Eine weitere Gewähr gegen ungewünschtes Ansprechen des Empfängers wird dadurch erhalten, dass der in der Wicklung 16 A bei der Schweissung fliessende Wechselstrom genügend hoch ist, um den Transduktorkern zu sättigen.
Die beschriebene Vorrichtung ist ferner gegen gegebenenfalls vorhandene Leckwechselströme von SchweilSkabel zur Rückleitung unempfindlich, indem die solchen Strömen entsprechende induzierte Wechselspannung in der Transduktorwicklung 16 B eine Erhöhung, die durch den durch die erwähnte Wicklung fliessenden Vormagnetisierungsgleichstrom entsteht, bewirkt.
Die beschriebene Einrichtung lässt sich in verschiedener Weise abändern. Die Relais 23 und 24 können z. B. als polarisierte Relais ausgeführt werden, wobei das Gleichrichterventil 25 überflüssig wird. Es ist ferner grundsätzlich möglich, den Gleichrichter 22 und/oder den Gleichrichter 19 wegzulassen und die Wechselstromkreise unmittelbar an die betreffenden Brückenäste anzuschliessen. Die Widerstände 20, 21 können dabei durch Reaktanzen ersetzt werden. Eine andere Abänderung der Brückenschaltung wird in Fig. 2 veranschaulicht.
Die Einzelheiten TS 3, TS 4,16 C, 19, 21 - 24 und 26 entsprechen den mit den gleichen Bezeichnungen versehenen Einzelheiten in Fig. 1. Die Vollweggleichrichter 19 und 22 sind gleichstromseitig in Reihe und einander entgegenwirkend in einem Stromkreis geschaltet, welcher den Widerstand 21 und die Arbeitswicklungen der Relais 23, 24 enthält. Mit den Gleichstromklemmen des Vollweggleichrichters 19 ist ein regelbarer Widerstand 32 parallelgeschaltet.
Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist die folgende : Normal hat die Arbeitswicklung 16 C des Transduktors eine niedrige Rea-ktanz, so dass der Gleichrichter 19 einen verhältnismässig hohen Strom durch den Widerstand 32 sendet und über diesen Widerstand einen Spannungsfall bewirkt, welcher grösser als die Ausgangsspannung des Gleichrichters 22 ist. Es kann somit kein Strom durch die Relais 23, 24 fliessen.
Wenn durch die Ste'uerwicklung des Transduktors ein Steuerstrom fliesst und die Reaktanz der Wicklung 16 C dadurch erhöht wird, fällt der Strom durch den Widerstand 32 und somit auch der Spannungsfall über den genannten Widerstand so viel ab, dass der Gleichrichter 22 einen Strom durch den genannten Widerstand und somit auch durch die Relais 23 und 24 senden kann, welcher Strom grösser oder kleiner ist, je nachdem der Steuerstrom durch die Steuerwicklung des Transduktors grösser oder kleiner ist. Die Einrichtung wird somit in der gleichen Weise wie die an Hand von Fig. l beschriebene wirken.
Fig. 3 zeigt ein anderes Beispiel von einem Steuerstromempfänger, der für Steuerströme von derselben Art wie in Fig. l eingerichtet ist, d. h. gleichgerichtete Ströme, welche dieselbe Richtung, aber verschie-
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dene Stärke aufweisen, entsprechend einem Herauf- bzw. Herabregeln der Schweissstromstärke. Im Schweissstromkreis ist ein kleiner Widerstand 33 eingefügt und parallel dazu die Reihenschaltung einer Drosselspule 34 und der parallelgeschalteten Arbeitswicklungen zweier polarisierter Relais 35,36. Die Wicklung des Relais 36 ist mit einem Widerstand 37 in Reihe geschaltet. Die Arbeitskontakte der polarisierten Relais steuern einen Stellmotor in derselben Weise, wie es die Arbeitskontakte 23 A, 24 A in Fig. 1 tun.
Die Drosselspule 34 hat die Aufgabe, die polarisierten Relais vor der bei der Schweissung auftretenden Wechselspannung über den Widerstand 33 zu schützen, indem die Drossel den Hauptteil dieser Wechselspannung aufnimmt.
In der gezeigten Ausführung ist eine zusätzliche Schutzwirkung dadurch erhalten, dass die Drossel-
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Der Widerstand 33 soll niedrig sein, damit bei der Schweissung nicht unerwünscht hohe Energieverluste bewirkt werden. Die über diesen Widerstand auftretende Steuerspannung ist somit ziemlich gering.
Anderseits lassen sich polarisierte Relais mit grosser Ansprechempfindlichkeit ausführen, und ferner ist es infolge der Verwendung von gleichgerichteten Steuerströmen möglich, Steuerströme zu verwenden, welche nicht weit unterhalb der Schweissströme liegen oder sogar gleich gross wie die Schweissströme sind.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel einer Einrichtung, welche mit Steuerströmen in beiden Richtungen arbeitet, entsprechend einem Herauf- bzw. Herabregeln der Stromquelle. Der Steuerstromgeber 42 ist für diesen Zweck mit zwei entgegengesetzt geschalteten Gleichrichtern 43, 44 versehen, welche einerseits je an einem Scheitelkontakt 45, 46, anderseits über einen gemeinsamen Widerstand 47 an dem Bodenkontakt 48 angeschlossen sind. Der Steuerstromempfänger umfasst in derselben Weise wie der in Fig. 3 gezeigte Empfänger einen im Schweissstromkreis eingefügten Widerstand 49 und parallel dazu eine Reihenschaltung der Drosselspule 50 und der miteinanderparallelgeschalteten Arbeitswicklungen von zwei polarisierten Relais 51, 52.
Dieselben sind so geschaltet, dass das eine Relais für einen Steuerstrom in der einen Richtung, das andere Relais für einen Steuerstrom in der andern Richtung anspricht. Die Arbeitskontakte der Relais 51, 52 steuern über nicht gezeigte Steuerrelais einen Einstellmotor des Schweisstransformators, derart, dass eine Änderung der Einstellung in der einen Richtung beim Ansprechen der Relais 51 in der andern Richtung beim Ansprechen der Relais 52 stattfindet. Zur Entlastung der Arbeitswicllungen der Relais 51, 52 während des Schweissens werden dieselben wie bei der Einrichtung gemäss Fig. 3 von einem 1\rbeitskontakt 53 eines Relais 54 kurzgeschlossen, dessen Arbeitswicklung über einen Vollweggleichrichter 55 von einer auf der Drosselspule 50 vorgesehenen Sekundärwicklung gespeist wird.
Fig. 5 zeigt eine andere Ausführung eines Steuerstromgebers, welcher mit einem Empfänger gemäss Fig. 4 zusammenarbeiten soll. In dieser Ausführung hat der Geber nur zwei Kontakte 61, 62, zwischen denen ein Gleichrichter in Reihe mit einem Widerstand 64 eingeschaltet ist. In der gezeigten Lage stellt der Kontakt 61 den Scheitelkontakt und der Kontakt 62 den Bodenkontakt dar. Zur Aussendung eines Steuerstromes in der andern Richtung wird der Geber umgestülpt, so dass nunmehr der Kontakt 62 den Scheitelkontakt darstellt.
In den beschriebenen Ausführungsbeispielen bleibt der Einstellmotor so lange in Bewegung, bis der Steuerstromkreis unterbrochen wird. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, statt dessen solche Vorkehrungen zu treffen, dass der Einstellmotor bei jedem Schliessen des Steuerstromes selbsttätig nach einer bestimmten Zeit oder nach der Vollziehung einer gewissen Einstellungsänderung selbsttätig stillgesetzt wird, so dass, wenn sich etwa die erfolgte Einstellungsänderung nicht als ausreichend herausstellt, ein erneutes Schliessen des Steuerstromes vorgenommen werden muss. Es ist auch möglich, solche Vorkehrungen zu treffen, dass der Schweisser nach Belieben entweder eine vorbestimmte Einstellungsänderung oder eine während der gesamten Dauer des Steuerstromes fortlaufende Einstellungsänderung hervorrufen kann.
Fig. 6 zeigt ein Beispiel eines für diesen Zweck besonders ausgebildeten Steuerstromgebers mit vier Scheitelkontakten 57 - 60, mittels welcher jede gewünschte Einstellungsänderung von vier Steuerstromzuständen hervorgerufen werden kann, u. zw. ein niedrigerer und ein höherer Steuerstrom von der einen Stromrichtung und ein niedrigerer und ein höherer Steuerstrom von der andern Stromrichtung. Die Empfangsvorrichtung kann dabei auf grundsätzlich dieselbe Weise wie die Einrichtung gemäss Fig. 4 aufgebaut sein, indem jedes der Relais 51, 52 durch zwei miteinander in Reihe oder parallelgeschaltete Relais ersetzt wird, welche so bemessen sind, dass sie bei verschiedenen Steuerstromstärken ansprechen. Es kann dabei z.
B. das Ansprechen des einen Relais des Paares eine im voraus bestimmte Einstellungsänderung hervorrufen, während das Ansprechen beider Relais eine bis zur Unterbrechung des Steuerstromes fortschreitende Änderung der Einstellung bewirkt.