<Desc/Clms Page number 1>
Parallel zum Schweissstromkreis an den Schweissgenerator einer Schweissanlage anschalt- bare, elektromagnetisch gesteuerte Lichtschutz-Blende
Die vorliegende Erfindung betrifft eine parallel zum Schweissstromkreis an den Schweissgenerator einer Schweissanlage anschaltbare, elektromagnetisch gesteuerte Lichtschutz-Blende, bei welcher ein im Ruhezustand die Blendenöffnung abdeckendes Filter bei elektromagnetischer Steuerung entgegen einer Rückstellkraft die Blendenöffnung zumindest teilweise freigibt und die elektromagnetische Steuerung eine oberhalb der maximalen im Betriebszustand auftretenden Generatorspannung liegenden Ansprechschwellwert aufweist und im Stromkreis der elektromagnetischen Steuerung ein zur Anpassung an Schweissanlagen mit unterschiedlicher Leerlaufspannung veränderbarer Vorwiderstand liegt.
Es sind eine Reihe von Lichtschutz-Blenden für Elektroschweissgeräte mit einem oder mehreren beweglichen Lichtfilter, welche durch Antriebsorgane wie Elektromagnete oder durch einen Elektromotor bewegt werden, deren Steuerung entweder durch den Schweissstrom oder den durch diesen an einem Widerstand erzeugten Spannungsabfall bewerkstelligt wird, bereits bekannt u. zw. in Form von Brillen, Schildern oder Masken. Allen diesen bekannten Lichtschutz-Blenden ist gemeinsam, dass sie von Elektromagneten angetrieben werden, welche in Abhängigkeit vom Schweissstrom auf irgendeine Art gesteuert werden.
So ist z. B. die Ausführungsform einer Schweiss-Brille bekannt, welche zwei durch einen ElektroMagnet verschwenk-oder verschiebbare Schutzgläser besitzt. Duch den fliessenden Schweiss-Strom wird eine Spule erregt, deren Anker einen Hilfsstromkreis schliesst, in welchem die Spule des Antriebs-Magneten für die Schutzgläser liegt. Die Stromquelle des Hilfsstromkreises kann dabei eine Batterie oder die SchweissMaschine selbst sein. Bei geschlossenem Hilfsstromkreis werden also die Schutzgläser bewegt, so dass sie den Schweissenden vor Blendung bewahren.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die in einem Kopfschild durch Magnetantrieb verschwenkbaren Schutzgläser mittels eines Handschalters zu steuern, welcher am Handgriff des Elektroden-Halters oder des Gasbrenners so angebracht ist, dass er beim Halten des letzteren zugleich mitbetätigt wird. Als Stromquelle dient dabei eine Batterie, welche den Antriebs-Magneten für die Schutzgläser betreibt. Von dieser Ausführung ist eine weitere Variante bekannt, bei welcher die Antriebs-Magnete für die Schutzgläser parallel zu einem Widerstand, welcher im Schweiss-Stromkreis liegt, angeschlossen werden. Der durch den Schweiss-Strom an diesem Widerstand auftretende Spannungs-Abfall wird dabei zur Betätigung der Magnete benutzt.
Ferner ist ein Gerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch den Schweiss-Strom eine Spule erregt wird, die wiederum einen Hilfsstromkreis schliesst, in welchem der Betätigungs-Magnet für das bewegliche Blendschutz-Filter liegt. Ein weiterer Hilfsstromkreis, der nun vom bewegten Blendschutz-Filter geschlossen wird, sorgt dafür, dass ein Teil der im Schweiss-Stromkreis befindlichen Erregerspule kurzgeschlossen wird. Dadurch können Wärmeverluste im Schweiss-Stromkreis geringer gehalten werden.
Allen diesen bekannten Ausführungsformen einer Lichtschutz-Blende für Elektro-Schweiss-Geräte haften Nachteile an, die so erheblich sind, dass sie in der Praxis nicht ausführbar waren. So ist z. B. bei allen Geräten, welche durch den Schweiss-Strom die Blende steuern, die Erregerspule für den Hilfsstromkreis, welche sich im Schweiss-Stromkreis befindet, als Hochstromspule auszubilden. Dies würde sehr grosse Abmessungen bedingen, wodurch die für diesen Zweck erforderliche Handlichkeit nicht mehr gegeben wäre. Abgesehen davon, dass sie deshalb also als stationäre Einheit ausgebildet sein müsste, besteht diese Forderung auch aus Sicherheitsgründen für den Schweissenden. Das Schild oder der Helm darf wegen seiner Nähe am Kopf des Schweissenden keinen Hochstrom führen.
Ausserdem fordert diese ge- trennte Einheit wieder eine Anzahl von Leitungen, welche beim Schweissen immer hinderlich sind. Schliesslich führt die Kompliziertheit dieser Anlagen dazu, dass sie ausserordentlich aufwendig und daher sehr teuer und unwirtschaftlich wären.
Die Lichtschutz-Blende, welche mit einem Handschalter am Elektroden- oder Gasbrennerhaltegriff betätigt wird, entbehrt jeder Automatik, wodurch keine Sicherheit gegen das Blenden beim Schweissen gewährleistet sein kann.
<Desc/Clms Page number 2>
Schliesslich ist anzuführen, dass der Anschluss der Antriebs-Magnete für das bewegliche Lichtfilter parallel an einen im Schweiss-Stromkreis liegenden Widerstand den Nachteil hat, dass letzterer, um einen verwertbaren Spannungs-Abfall herbeizuführen, einen bestimmten Wert haben muss. Dies setzt aber wiederum den von der Anlage abgegebenen Schweiss-Strom derart herab, dass praktisch nicht mehr ge- schweisst werden kann. Das Anschliessen dieses Blendschutz-Gerätes wäre ausserdem für Gleich- und Wechselstromanlagen nur dann möglich, wenn für jede Anlage-Art entsprechende Gleich- oder Wechselstrom-Magnete eingebaut wären. Diese Lösung ist also in der Praxis wegen der genannten und auch weiteren, nicht genannten Schwierigkeiten unrealisierbar.
Demgegenüber kennzeichnet sich die vorliegende Erfindung dadurch, dass zur automatischen Anpassung dieser Vorwiderstand ein belastungsabhängiger, den Magnetstrom unabhängig von der Speisespannung auf einen konstanten Wert regelnder Widerstand, z. B. Kaltleiter ist.
An Hand der Zeichnungen wird die erfindungsgemässe, parallel zum Schweissstromkreis an den Schweissgenerator einer Schweissanlage anschaltbare, elektromagnetisch gesteuerte Lichtschutz-Blende, bei welcher ein im Ruhezustand die Blendenöffnung abdeckendes Filter bei elektromagnetischer Steuerung entgegen einer Rückstellkraft die Blendenöffnung zumindest teilweise freigibt und die elektromagnetische Steuerung eine oberhalb der maximalen im Betriebszustand auftretenden Generatorspannung liegenden Ansprechschwellwert aufweist, und im Stromkreis der elektromagnetischen Steuerung ein zur Anpassung an Schweissanlagen mit unterschiedlicher Leerlaufspannung veränderbarer Vorwiderstand, liegt näher erläutert u. zw. stellen dar :
Fig. l eine vereinfachte Ansicht des Gerätes von hinten mit schematisch dargestelltem Anschluss an die Schweiss-Anlage, Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm für den Elektronik-Eingang, Fig. 3 ein SpannungsZeit-Diagramm für den Elektronik-Ausgang, Fig. 4 die elektronische Schaltung.
Auf einer Platine 1 befindet sich, in Drehrillen von vier Führungsbolzen 2 geführt, eine auf- und abschiebbare Blende 3. Letztere besteht aus einem leichten Material, welches die Eigenschaft eines Lichtfilters ähnlich einem Schweisserglas besitzt und welche eine in Platine 1 vorgesehene DurchsichtöShung teilweise abdeckt. Auf einem an Platine 1 befestigten Bolzen 4 ist ein Kipphebel 5 drehbar gelagert. Rechts des Bolzens 4 ist die Blende 3 und links davon ist der Anker 6'eines Magneten 6 am Kipphebel 5 ebenfalls drehbar gelagert. Eine Zugfeder 7 hat das Bestreben, den Kipphebel 5 um den Bolzen 4 im Uhrzeigersinn zu drehen. Ein Anschlag 8 sorgt für die richtige Endstellung des Kipphebels 5 bei stromlosem Magnet 6.
Die Eingangsklemmen 9'einer elektronischen Schaltung 9 sind mit den Leitungen 11 und 12 parallel an die Stromanschlüsse der Schweiss-Anlage 10 angeschlossen. Die elektronische Schaltung bildet das Zwischenglied zwischen der Schweiss-Anlage 10 und dem Magneten 6 für die Blendenbetätigung, welcher an die beiden Ausgangsklemmen 9" der elektronischen Schaltung 9 angeschlossen ist. Mit 13 ist die Schweiss-Elektrode und mit 14 der Schweiss-Gegenstand oder die Masse bezeichnet. Die Schweiss-Stromleitungen tragen die Pos. 15. Die in Fig. l gezeichnete Ansicht stellt das Gerät im Ruhezustand der SchweissAnlage 10 dar, d. h. dass letztere wohl unter Spannung steht, jedoch kein Lichtbogen vorhanden ist.
In diesem Falle befindet sich die Blende 3 bei angezogenem Magnet 6 in ihrer oberen Endlage und gibt dadurch den Sehschlitz 16 frei für einen ungehinderten Durchblick. An den Eingangs-Klemmen 9' (Fig. 4) der elektronischen Schaltung 9 liegt ein Vierweg-Gleichrichter 17, welcher die eventuell angeschlossene Wechselspannung der Schweiss-Anlage 10 in eine Gleichspannung umwandelt. Im Arbeitskreis der elektronischen Schaltung 9 liegt eine Widerstands-Kombination, bestehend aus einem Spezial-Widerstand, beispielsweise einem sogenannten Kaltleiter 18 und einem parallel dazu geschalteten, gewöhnlichen Widerstand 19. Weiter liegen im Arbeitskreis in Serie zur vorgenannten Widerstands-Kombination das BlendenAntriebsorgan, beispielsweise ein Elektro-Magnet 6, sowie die Strecke Kollektor-Emitter eines Transistors 20.
Die Anschlusspunkte des Magneten 6 sind identisch mit den Ausgangs-Klemmen 9" der elektronischen Schaltung 9. Die beiden Widerstände 21 und 22 stellen einen Spannungsteiler dar, an welchen eine Zenerdiode 23 in Serie mit einem Widerstand 24 angeschlossen ist. Letzterer liegt wiederum an der Basis des Transistors 20. Ein Kondensator 25 übernimmt die Glättung der vom Gleichrichter 17 gelieferten pulsierenden Gleichspannung. Kondensator 26 bewirkt eine eindeutige Definierung der Schaltspannung für die Zenerdiode 23 durch eine weitere Glättung der von Kondensator 25 vorgeglätteten, pulsierenden Gleichspannung. Diode 29 dient als Schutz für Transistor 20 gegen Spannungsspitzen.
Wird nun das erfindungsgemässe Gerät mit seinen Eingangs-Klemmen 9'parallel zum Schweiss-Stromkreis 15, d. h. beispielsweise an die gleichen Anschluss-Klemmen der Schweiss-Anlage 10, an welchen die Schweiss-Elektrode und die Masse anzuschliessen sind, angeschlossen, und die Schweiss-Anlage 10 eingeschaltet, so liegt an den Eingangs-Klemmen 9'und somit auch auf der Wechselspannungsseite des Gleichrichters 17 die Leerlaufspannung der Schweiss-Anlage 10. Gleichzeitig wird über der Plusleitung 28 gegen die Minusleitung 27 eine entsprechende Gleichspannung liegen. Diese Gleichspannung habe z. B. einen Wert von 60 Volt. Durch die Spannungsteilung der Widerstände 21 und 22, welche einen gleichen Ohmwert besitzen, liegt über dem Steuerkreis, in welchem sich die Zenerdiode 23 befindet, eine Spannung von 30 Volt.
Da die Zenerdiode 23 bis zu einer Spannung von 24 Volt sperrt, verbleibt eine Restspannung von 6 Volt, welche einen Steuerstrom durch die Strecke Basis-Emitter des Transistors 20 treibt, wodurch ein Strom im Arbeitskreis fliesst, in welchem auch der Magnet 6 liegt. Letzterer zieht also sofort an, der Kipphebel 5 dreht sich um den Bolzen 4 entgegen der Federkraft der Zugfeder 7 im Gegenuhrzeigersinn
<Desc/Clms Page number 3>
und zieht dadurch die Blende 3 nach oben. Somit gibt letztere also den Sehschlitz 16 für den Durchblick frei. Wird nun mit der Elektrode 13 der Schweiss-Gegenstand 14 berührt, so fällt die Spannung an den Eingangs-Klemmen 9'der elektronischen Schaltung 9 sehr stark, mitunter bis auf 0 Volt ab. Das gleiche tritt in der Plusleitung 28 gegenüber der Minusleitung 27 ein. Sei deren Gleichspannung z.
B. auf 10 Volt gesunken, so liegt die am Spannungsteiler der Widerstände 21 und 22 angeschlossene Zenerdiode 23 nur noch an 5 Volt, wodurch letztere total sperrt. Die Sperrung an der Zenerdiode 23 tritt infolge ihrer Kennlinie sehr abrupt und die des Transistors 20 noch krasser ein, wodurch der Magnet 6 sehr rasch reagieren muss. Wird also der Transistor 20 sperrend, so fliesst im Arbeitskreis kein Strom mehr, der Anker 6'des Magneten 6 fällt ab und die Zugfeder 7 bewegt den Kipphebel 5 im Uhrzeigersinn um den Bolzen 4, sodass die Blende 3 sich nach unten bewegt und den Sehschlitz 16 wieder schliesst.
Da nun die verschiedenen Fabrikate der Schweiss-Anlagen 10 verschiedene Leerlaufspannungen aufweisen können, die zwischen 50 und 80 Volt schwanken, ist es erforderlich, dass die erfindungsgemässe Lichtschutz-Blende auch bei Anschluss an diese verschiedenen Spannungen einwandfrei arbeitet. Um dies zu gewährleisten, ist die erfindungsgemässe Kombination eines Spezial-Widerstandes, beispielsweise eines Kaltleiters 18 mit einem parallel dazugeschalteten Widerstand 19 eingebaut. Liegt z. B. eine relativ niedrige Gleichspannung von 50 Volt zwischen der Plusleitung 28 und der Minusleitung 27, so wird ein relativ geringer Strom im Arbeitskreis, in welchem diese Widerstandskombination liegt, fliessen. Der Kaltleiter 18 hat gegenüber dem Parallel-Widerstand 19 im kalten Zustand einen sehr geringen Widerstandswert.
Der Gesamtwiderstand einer Parallelgruppe von Widerständen ist immer kleiner als der kleinste in ihr befindliche Widerstand. Somit hat also die Widerstands-Kombination 18/19 einen sehr geringen Widerstand.
Der Spannungs-Abfall an der Widerstands-Kombination ist damit gering, ebenfalls der Spannungs-Abfall auf der Kollektor-Emitterstrecke des Transistors 20. Somit bleibt also der Hauptspannungs-Abfall über dem Magneten 6, wodurch dieser also trotz der relativ niedrigen Spannung zwischen Plusleitung 28 und Minusleitung 27 seine erforderliche Nennspannung erhält. Liegt als Gegenteil zwischen Plusleitung 28 und Minusleitung 27 eine hohe Gleichspannung entsprechend einem höheren Leerlaufspannungswert der Schweiss-Anlage 10, so fliesst im ersten Moment durch den Arbeitskreis und somit auch durch die Widerstands-Kombination 18/19 ein hoher Strom. Dadurch erwärmt sich der Kaltleiter 18 rasch und bekommt einen wesentlich höheren Widerstandswert, der über dem Wert des parallel geschalteten Widerstandes 19 liegt.
Da auch hier nach dem Gesetz, dass die Widerstands-Kombination bei Parallelschaltung den kleineren Wert als der kleinste in ihr enthaltene Widerstand besitzt, gültig ist, wird also der Widerstandswert der Kombination kaum über den des Widerstandes 19 hinausgehen. Letzterer ist aber so berechnet, dass der durch ihn hervorgerufene Spannungs-Abfall so gross ist, dass der verbleibende SpannungsAbfall am Magneten 6 etwa seiner Nennspannung entspricht.
Die Auslegung des Spannungs-Anschlusswertes des Magneten 6, sowie der Zenerdiode 23, des Spannungsteilers 21/22 und des Kondensators 26 sind in Verbindung mit der Widerstands-Kombination 18/19 so ausgedacht und berechnet, dass der Magnet 6 trotz verschieden hohen Arbeitsspannungen, welche durch Umschalten der Schweiss-Anlage 10 auf verschiedene Schweiss-Stromstärken wegen Verwendung von verschieden starken Schweiss-Elektroden 13 an den Eingangs-Klemmen 9'während des Schweissens entstehen können, an den Ausgangs-Klemmen 9" der elektronischen Schaltung 9 immer soviel Spannung liegt, dass der Magnet 6 während des Schweissens nicht abfallen und die Blende 3 dadurch öffnen kann.
Es ist einleuchtend, dass an diese elektronische Steuerschaltung verschiedene elektrische AntriebsOrgane wie z. B. Drehmagnete, Schrittmotoren u. dgl. für den Antrieb einer beweglichen Blende angeschlossen werden können. Durch geeignete Massnahmen kann die Spannung am Ausgang der elektronischen Schaltung 9 umgepolt und damit ein vor-und rücklaufender Elektromotor für das Öffnen und Schliessen einer Blende verwendet werden.