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Antriebssteuereinrichtung für ein Elektrodenvorschubwerk
Die Erfindung bezieht sich auf eine Antriebssteuereinrichtung für ein Elektrodenvorschubwerk in
Schweissanlagen zum Schweissen von Werkstücken mittels verzehrbarer Elektroden, in welcher Einrich- tung ein Vorschubgleichstrommotor an eine Lichtbogenspeisequelle über einen Kontakt eines Schaltschützes angeschlossen ist, welches Schütz ein Element zu dessen Ausschaltverzögerung nach einer
Lichtbogenunterbrechung aufweist und über einen Kontakt eines von einem Handsteuerschalter gesteuerten Schaltrelais anspricht.
Es sind Antriebssteuereinrichtungen für den Elektrodenvorschub bekannt, bei welchen der Antriebsmotor an die Lichtbogenspeisequelle über den Kontakt des Schaltschützes angeschlossen ist und welche Steuerelemente zu dessen Ausschaltverzögerung nach Lichtbogenunterbrechung aufweisen.
Diese Einrichtungen weisen folgende Nachteile auf. Sie lassen keine Fernsteuerung der Schweissung ohne Lichtbogenunterbrechung zu, was z. B. bei Montagearbeiten erforderlich sein kann, wenn waag- rechte Schweissnähte mit grossen Stromstärken, während senkrechte und Überkopfnähte mit kleineren Stromstärken ausgeführt werden. Die Fernsteuerung der Schweissung ohne Lichtbogenunterbrechung ist in vielen Fällen, wie z. B. bei extremen Schweissbedingungen unumgänglich notwendig, um sowohl den Schweissprozess (z. B. beim Schweissen von Verbindungen mit veränderlichem Spalt) qualitativ gut bei Verwendung von kleineren Stromstärken beenden zu können als auch bei Schweissen von Werkstücken aus Werkstoffen mit hoher Wärmeleitfähigkeit, z. B. Aluminium, Schweissverbindungen ohne Durchbrand zu bekommen.
Ausserdem soll der Schweissprozess bei extremen Schweissbedingungen begonnen werden können und ein gesicherter Einbrand am Schweissnahtanfang erhalten werden.
Bei einer aus der USA-Patentschrift Nr. 3, 205, 396 bekanntgewordenen Schweissanlage erfolgt der Vorschub der Elektrode zum Werkstück mit einer kleinen, nicht steuerbaren Geschwindigkeit und bei hoher Spannung. Ein stabiler Schweissvorgang ist unter solchen Betriebsbedingungen unmöglich, da die Lichtbogenspannung wesentlich höher ist als die höchstzulässige Spannung für den gegebenen Elektrodenvorschub und daher der Lichtbogen abreisst. Die Schweissung kann nur in einem schmalen Bereich durchgeführt werden und entweder durch Abreissen des Lichtbogens bei Abzug des Halters von der Schweissstelle oder bei dem oben beschriebenen Vorschub der Elektrode mit einer kleinen Geschwindigkeit bei hoher Spannung. Im zweiten Fall ist die Schweissgüte beim Verschweissen des Kraters nicht sichergestellt.
Ausserdem besitzt diese bekannte Schweissanlage kein Schaltschütz und die Elektrode steht ständig unter Spannung. Bei dieser Anlage besteht weder die Möglichkeit einer Fernumschaltung von Schweissung mit grösserer Stromstärke auf eine solche mit kleiner Stromstärke, noch die Möglichkeit jede Schweissung zügig zu steuern.
Bei einer andern Schweissanlage gemäss der deutschen Auslegeschrift Nr. 1048372 erfolgt der Elektrodenvorschub durch einen Elektromotor, der über einen Kontakt eines Schaltschützes an die Lichtbogenstromquelle angeschlossen ist. Diese bekannte Anlage gewährleistet weder eine Fernumschaltung noch eine Betriebssteuerung in zwei Bereichen. Ausserdem werden das Schütz und die Motorbremse aus
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einer selbständigen Stromquelle gespeist und die Abschaltung des Schweissvorganges erfolgt dadurch, dass das Schütz den Schweissstromkreis unter Strom unterbricht, ein Umstand, durch den die Zuver- lässigkeit der Funktion des Schützes beeinträchtigt ist.
Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Antriebssteuereinrichtung für ein Elektrodenvorschubwerk in Schweissanlagen, bei der die angeführten Nachteile vermieden sind und welche die Fernsteuerung der
Schweissung ohne Lichtbogenunterbrechung, sowie einer Erhöhung der Schweissgüte und der Schweisslei- stung ermöglicht.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass an einen Schweissgenerator über den Hand- steuerschalter das Schaltrelais anschaltbar ist, dessen Kontakte zur gestuften Steuerung der Lichtbogen- speisequelle in die Feldstellstromkreise des Schweissgenerators sowie des Gleichstrommotors und in den Hilfsstromkreis des abfallverzögerten Schaltschützes geschaltet sind.
Es ist zweckmässig, die Verbindung des Schaltrelais mit den Steuerelementen der Lichtbogenspeise- quelle und mit dem Antriebsmotor mittels eines Arbeits- und eines Ruhekontaktes dieses Relais zu verwirklichen, welche den entsprechenden Feldstellen des Schweissgenerators und des Gleichstrommotors zugeordnet sind.
Bei der Einrichtung kann auch das Schaltrelais mit dem Schweissgenerator über eine Steuerstufe mit zwei abfallverzögerten Relais und über dieselbe Steuerstufe und über Kontakte des Schaltschützes mit dem Gleichstrommotor verbunden sein.
Es ist zweckmässig, die Steuerstufe aus zwei Relais bestehend auszubilden, welche dem Schweissgenerator über einen Kontakt des Schaltschützes parallelgeschaltet sind, wobei das erste Relais über einen Ruhekontakt des Schaltrelais gespeist ist und einen Arbeitskontakt aufweist, durch welchen der Stromkreis des Schaltschützes verriegelbar ist, während das zweite Relais über in Reihe geschaltete Arbeitskontakte des ersten Relais der Steuerstufe und des Schaltrelais geschaltetistundmiteinem Ruhekontakt im Stromkreis des Schaltschützes, sowie mit einem Arbeitskontakt im Ankerstromkreis des Gleichstrommotors versehen ist.
Es ist auch möglich, die Steuerstufe aus zwei Relais bestehend auszubilden, welche dem Schweissgenerator über einen Kontakt des Schaltschützes parallelgeschaltet sind, wobei das erste Relais über einen Handsteuerschalter geschaltet ist und einen Arbeitskontakt aufweist, durch welchen der Stromkreis des Schaltschützes verriegelbar ist, während das zweite Relais über in Reihe geschaltete Arbeitskontakte des ersten Relais der Steuerstufe und des Schaltrelais geschaltet ist und mit einem Ruhekontakt im Stromkreis des Schaltschützes, sowie mit einem Arbeitskontakt im Ankerstromkreis des Gleichstrommotors versehen ist.
Es ist auch zweckmässig, wenn der Ruhekontakt und der Arbeitskontakt des ersten Relais der Steuerstufe den entsprechenden Feldstellen des Schweissstromgenerators und des Gleichstrommotors zugeordnet sind.
Es können auch den beiden Relais der Antriebsausschalteinheit Kapazitäten parallel geschaltet sein, wodurch sich weitere Vorteile ergeben.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung folgen der nachstehenden Beschreibung von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen. In diesen zeigen Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemässen Antriebssteuereinrichtung, Fig. 2 ein Schaltbild derselben Einrichtung mitder erfindungsgemässen Antriebsausschalteinheit, Fig. 3 ein Schaltbild derselben Einrichtung, in welcher das erste Relais der Ausschalteinheit erfindungsgemäss über die Anlassvorrichtung eingeschaltet ist.
Zum Antrieb des Vorschubes des Elektrodendrahtes ist ein Gleichstrommotor --1-- (Fig. 1) mit Reihenschlusswicklung-2-und Nebenschlusswicklung-3-vorgesehen. Die Drehzahleinstellung des Motors und folglich auch die Regelung des Schweissstromes erfolgen mittels eines in den Stromkreis der Nebenschlusswicklung eingeschalteten Rheostaten --4--. Der Elektromotor --1-- und ein Ventil--5-- für die Regelung der Zufuhr von Schutzgas sind unmittelbar an den Schweissstromkreis angeschlossen.
Parallel zu der Wicklung des Schaltschützes --6-- sind ein Kondensator --7-- und ein Regelwiderstand - geschaltet.
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--9-- mit Kontakten --10staten --18-- zur Regelung der Bogenspannung aufweist.
An den Schweissgenerator --16-- ist ein Gaserhitzer --19-- angeschlossen (nur bei CO.-Schweiss- apparaten). Zum Ausschalten des Antriebes dient eine zweipolige Taste --20-- mit den Kontakten
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21schütz es --6-- darstellt.
Im Steuersystem tritt keine Hochspannung auf, welche für den Schweisser lebensgefährlich sein kann.
Die Einrichtung besitzt folgende Arbeitsweise : Zuerst wird der Kippschalter --24-- eingeschaltet.
Der Schweissprozess beginnt nach der Betätigung der Taste --9--. Dabei wird der Speisekreis des Relais - über den Kontakt --11-- geschlossen, das Relais spricht an und schliesst mit seinem Kontakt - des Schaltschützes --6-- an den Schweissgenerator-16-- an. Der Kontakt--14-- überbrückt einen Teil des Regelwiderstandes --18-- in dem Stromkreis der Erregerwicklung --17-- des Schweissgenerators, während durch den geöffneten Kontakt --15-- der Stromkreis unterbrochen wird. welcher einen Teil des für die Einstellung der Drehzahl des Elektromotors --1-- vorgesehenen Rheostaten --4-- überbrückt. Durch den Arbeitskontakt-26-- des Schaltschützes-6-- wird die Spannung an die Elek- trode --25--, an den Gleichstrommotor --1-- und an das Ventil --5-- angelegt.
Es beginnt die Zuleitung des Gases und der Vorschub des Drahtes in die Schweisszone. Der Lichtbogen wird gezündet, und das Schweissen mit grosser Stromstärke beginnt. Der Schweissprozess mit grosser Stromstärke dauert an, so lange die Taste --9-- gedrückt bleibt. Während der Schweissung wird der Kondensator --7-- bis auf die Bogenspannung geladen.
Der Übergang von Schweissung mit grosser zur Schweissung mit geringer Stromstärke ohne Lichtbogenunterbrechung erfolgt beim Loslassen der Taste --9--. Dabei wird der Speisekreis des Relais - unterbrochen, wodurch seine Kontakte --13 und 14-- öffnen und Kontakt --15-- schliesst.
Während des Wechsels der Art der Stromversorgung wird der Speisekreis des Schaltschützes nicht unterbrochen, da an seiner Wicklung der Kondensator --7-- sich über den Widerstand --8-- entlädt.
Das Schutzgas wird weiter in die Schweisszone geleitet und der Lichtbogen brennt bei geringerer Stromstärke, da durch Umschalten der Kontakte --14 und 15-- die Bogenspannung und die Drehzahl des Elektromotors-l-zum Vorschub des Elektrodendrahtes herabgesetzt werden, wodurch der Schweissstrom schwächer wird.
Der Schweissprozess mit geringerer Stromstärke dauert an, solange die Taste --9-- losgelassen bleibt. Bei wiederholter Betätigung der Taste --9-- wird das Schweissen mit grosser Stromstärke fortgesetzt, beim Loslassen - mit geringerer usw.
Das Unterbrechen der Schweissung erfolgt durch Betätigung der Taste --20--. Der Schaltschütz bleibt eingeschaltet, da sich an seiner Wicklung der Kondensator --7-- über den Widerstand --8-- zu entladen beginnt, der Lichtbogen brennt weiter und das Gas wird wie früher in die Schweisszone geleitet.
Da aber beim Kurzschliessen der Ankerwicklung des Motors --1-- der letztere sofort ausgeschaltet wird, wird der Drahtvorschub unterbrochen. Der Lichtbogen schmilzt den stillstehenden Draht ab und wird auch unterbrochen. Der Schweisskreis wird stromlos. Ungefähr nach Ablauf von 1 bis 2 sec nach der Lichtbogenunterbrechung entladet sich der Kondensator --7-- vollkommen, die Wicklung des Schalt- schütz es --6-- wird stromlos und dieses unterbrichtden Schweisskreis durch Öffnen des Kontaktes-26-, wobei die Speisung des Ventils --5-- und des Elektromotors --1-- abgeschaltet wird.
Auf diese Weise wird der Kontakt --26-- des Schaltschützes nicht gefährdet und die Zuleitung des Schutzgases nach der Lichtbogenunterbrechung bleibt etwa 1 bis 2 sec sichergestellt, was durchaus genügt, um den erstarrenden Krater zu schützen. Danach wird die Taste --20-- losgelassen. Die Schaltung kehrt in die Ausgangsstellung zurück und wird damit zum Schweissen der nächsten Naht vorbereitet.
Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung zeichnet sich durch ihre Einfachheit aus, wodurch die Möglichkeit geschaffen ist, diese Einrichtung vorzugsweise in den Automaten zum lichtbogenschweissen mit verzehrbarer Elektrode zu verwenden.
In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Einrichtung dargestellt, welche eine Antriebsausschalteinheit aufweist, die aus zwei Relais --27 und 28-- besteht. Das Relais --27-- ist an den Schweiss-
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dem Relais-27-der Antriebsausschalteinheit über den Schliesskontakt --30-- des Relais --12-- und über den Schliesskontakt --31-- des Relais --27-- parallelgeschaltet.
Im Stromkreis des Relais --12-- liegt die einpolige Taste --32-- mit dem Schliesskontakt --33--.
Beim Ansprechen des Relais --27-- wird mit seinem Schliesskontakt --34-- der Arbeitskontakt --13-- des Relais --12-- überbrückt. Der Ruhekontakt --35-- des Relais --28-- liegt im Stromkreis des Schaltschützes-6-. Beim Ansprechen des Relais --28-- wird mit seinem Kontakt--36-- der Anker des Elektromotors --1-- kurzgeschlossen.
Die beiden Relais --27, 28-- der Ausschalteinheit sind unmittelbar an den Schweisskreis ange-
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schlossen und weisen einen Ausschaltverzug auf, da ihren Wicklungen Kondensatoren --37 und 38-entsprechend parallelgeschaltet sind. Der Beginn des Schweissprozesses, die Umschaltung der Stromversorgung und die Unterbrechung des Schweissprozesses kommen mittels der Taste --32-- zustande.
Die Schaltung funktioniert wie folgt.
Beim Betätigen des Kippschalters --24-- und der Taste --32-- wird das Relais --12-- an den Schweissgenerator --16-- angeschlossen und spricht an. Dabei schliessen der Kontakt --13-- im Speise-
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legt, und ein Schweissvorgang wird eingeleitet. Sein Kontakt --26-- schliesst, dabei spricht das Ventil - an, der Elektromotor --1-- zum Vorschub des Drahtes wird eingeschaltet, der Elektrodendraht zum Schweissstück vorgeschoben, der Lichtbogen gezündet, und es beginnt der Schweissprozess mit grosser Stromstärke. Dieser Prozess dauert an, solange die Taste --32-- gedrückt ist.
Beim Loslassen der Taste --32-- fällt das Relais --12-- ab, seine Ruhekontakte --29 und15-- schliessen und die Schliesskontakte --13, 14 und 30-- öffnen. Der Stromkreis des Schaltschützes-6wird aber nicht unterbrochen, da der Wicklung des Schltschützes --6-- der in Reihe zum Widerstand - 8-- liegende Kondensator --7-- parallelgeschaltet ist, welcher einen längeren Abschaltverzug des Schaltschützes sicherstellt, als die Umschaltzeit von grosser Schweissstromstärke auf geringere.
Bei losgelassener Taste --32-- und geschlossenem Schaltschützkontakt --26-- spricht das Relais - 27-- der Ausschalteinheit an und überbrückt mit seinem Kontakt --34-- den Kontakt --13-- im Speisekreis des Schaltschützes --6--. Die Wicklung des Schaltschützes --6-- wird wieder an die Spannung des Schweissgenerators gelegt, wodurch der Kontakt --26-- des Schaltschützes --6-- nicht öffnet.
Da beim Abfallen des Relais --12-- sein Kontakt --15-- den Stromkreis der Nebenschlusswicklung
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regerwicklung des Schweissgenerators --16-- geöffnet wird, was zur Herabsetzung der Bogenspannung führt, so wird die Schweissung mit grosser Stromstärke auf eine Schweissung mit geringer Stromstärke umgeschaltet, ohne den Lichtbogen zu unterbrechen.
Um den Schweissprozess zu unterbrechen, ist die Taste --32-- nochmals zu betätigen und loszulassen. Bei gedrücker Taste --32-- spricht das Schaltrelais --12-- an, dessen Kontakt --30-- im Stromkreis des Relais --28-- schliesst und der Kontakt --29-- im Stromkreis des Relais --27-- geöffnet wird.
Das Relais --27-- bleibt noch während einer Zeit von 0, 2 bis 0, 3 sec erregt, die durch die ihm parallelgeschaltete Kapazität --37-- bedingte Abfallverzögerung gegeben ist. Der Kontakt--31-- des Relais --27-- bleibt geschlossen. Das Relais --28-- spricht an, schliesst seinen Kontakt-36-, wodurch eine dynamische Bremsung des Drahtvorschubmotors --1-- hervorgerufen wird, und öffnet den Kontakt was zur Abschaltung der Wicklung des Schaltschützes-6-- vom Schweissgenerator - führt. Der Draht bleibt stehen, der Lichtbogen schmilzt den Draht ab und wird auch unterbrochen. Nach Ablauf von 1 bis 2 sec wird die Wicklung des Schaltschützes --6-- stromlos; der Kontakt --26-- öffnet und unterbricht den Schweisskreis.
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welchen der Anker des Elektromotors kurzgeschlossen wird, öffnet.
Danach kehrt die ganze Schaltung bei losgelassener Taste --32-- in die Ausgangsstellung zurück.
In Fig. 3 ist eine weitere Ausführung der erfindungsgemässen Einrichtung dargestellt, deren Einschaltung analog der Einschaltung der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung erfolgt. Beim Betätigen einer Umschalttaste --39-- einer Anlassvorrichtung schliesst ein Kontakt --40--, das Relais --12-- spricht an und schliesst mit seinem Kontakt --13-- den Stromkreis des Schaltschützes --6--. Dieser schliesst seinen Kontakt-26-, worauf an die. Wicklung des Ventils --5-- und an den Elektromotor-l-zum Vorschug des Elektrodendrahtes Spannung vom Schweissgenerator --16-- angelegt wird. Es erfolgt die Zuleitung des Gases und der Vorschub des Drahtes in die Schweisszone setzt ein. Der Lichtbogen wird gezündet und es beginnt die Schweissung mit grosser Stromstärke, welche so lange dauert, als die Taste - gedrückt bleibt.
Beim Loslassen der Taste --39-- spricht über den Kontakt --41-- das Relais
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- an. Das Schliessen seines Kontaktes --34--, der den Kontakt --13-- im Stromkreis des Schalt- schützes --6-- überbrückt, und des Kontaktes --42-- im Stromkreis der Nebenschlusswicklung--3-- des Elektromotors --1--, und Öffnen des Kontaktes --43-- des Relais --12-- im Stromkreis der Erreger- wicklung --17-- des Schweissgenerators --16-- führen zum Übergang auf Schweissung mit geringer Stromstärke.
Der Schweissprozess wird bei einem weiteren Drücken und nachfolgendem Loslassen der Taste --39-unterbrochen.
Die Wirkungsweise dieser Einrichtung (Fig. 3) beim Ausschalten ist dieselbe wie diejenige gemäss der in Fig. 2 dargestellten Einrichtung und ist bereits ausführlich beschrieben worden.
Die Erfindung kann insbesondere in kleinen tragbaren Halbautomaten zur Schutzgasschweissung verwendet werden, welche in der Kraftfahrzeugindustrie, im Traktoren-, Kraftrad-, Fahrrad-, Diesellok-, Wagen- und Schiffbau, sowie bei der Montage von Rohrleitungen und Stahlkonstruktionen und in andern Zweigen der Technik eine breite Verwendung finden.
Die Erfindung sichert eine bedeutende Vereinfachung einer solchen Einrichtung und die Herabsetzung von Bedienungskosten.
Eine Verringerung der Abmessungen und des Gewichtes der Einrichtung für den Drahtvorschub bei der lichtbogenschweissung erleichtert die Ausführung von Schweissarbeiten, ermöglicht die Ausnutzung der Schweissung bei Montagearbeiten und in automatisierten Fliessstrassen, welche selbsttätig arbeiten, verbessert die Qualität und erhöht die Schweissleistungbei der halb-und vollautomatischen Schweissung.
PATENTANSPRÜCHE :
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