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Selbsttätige Lichtbogenschweißmaschine mit nicht abschmelzender Elektrode
und mit Regelung der Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes, der Stromstärke
und der Schweißgeschwindigkeit in Abhängigkeit voneinander Die Erfindung betrifft
eine Maschine zur selbsttätigen L ichtbogensch-,veißung mit Gleich- oder Wechselstrom
mit nicht abschmelzender Elektrode und einem Zusatzdraht, insbesondere in Argonatmosphäre,
und mit selbsttätigen Vorrichtungen zur Konstanthaltung der Liehthogenspannung und
zur Verknüpfung der Schweißgeschwindigkeit sowie gegebenenfalls der Zufuhrges.chwindi:gkeit
des Au.ftragdrahtes mit der Schweißstromstärke. Die Maschine ict insbesondere für
die vollständig selbsttätige Schweißung von Werkstücken bestimmt, deren Profil in
den drei Richtungen des Raumps eine ganz he-Form haben kann.
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Die Erfindung ist nachstehend im besonderen in ihrer Anwendung auf
die Lichtbogenschw eißun:g in Argonatrnosphäre mit einer nicht abschmelzenden Elektrode
und .einem Zusatzdraht und für den Fall Arl:iutert- daß das zu schweißende Werkstück
mit 1-@.liebiaem Profil sich vor einem von einem festen G°Stell L-etraaenen Elektrodenrnhalter
dreht. Weitere Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind ncch in .der
nachstehenden Beschreibung erwähnt.
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Die °rfindungs-e-emäß,e Maschine soll vor allem eine b,-trächtlichfe
Steigerung der Schnelligkeit der Lichtbozenschweißun;g in Argon insbesondere bei
der ?%Tass.enhe.rstellunc# dadurch ermöglichen, daß Leerzeiten in Fortfall gebracht
oder möglichst weit verringert werden, indem die Maschine selbsttätig die bai,ntsächlichen
für ihren Betrieb maßgebenden Veränd.°rli.chen bestimmt, welche bisher bei den bekannten
Maschinen von der B.edienungs,person bestimmt und @-i:n Hand eingestellt werden
mußten. Sie bezweckt im besonderen die äußerste und möglichst #,chn-lle Ausführung
von aufeinanderfol.genden @@h@,-@ißnähten beliebigen Profils an dem gleichen Werkstück
oder an kleinen Serien von Werkstücken, iiisb°sonder-e von in Kurven oder gebrochenen
ebenen oder verwundenen Linien verlaufenden Schweißnähten.
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Während sich die Anwendung der Lichtbogenscbw°i,ßun- in Argon sehr
gut für Handbetrieb eignet, hat sich gezeigt, daß ihre Ausführung mittels einer
celhsttätig.en -Maschine Schwierigkeiten bietet, da die Parameter des Bogens eine
sehr große Rolle spielen und bisweilen in sehr verwickelter Weise voneinander al)liä.n.aen.
Bei der Schweißung von Hand stellt der Arbeiter die Findringtiefe des Schweißbades
fest und sieht das Vorrücken der von ihm gelegten Schweißraupe. Er kann so mehr
oder weniger Zusatzmetall zusetzen. indem er den Lichtbogen wie eine Schweißhi-°nnprflamm@e
benutzt.
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Der Erfinder hat erkannt, daß es sehr wünschenswert ist, bei .einer
selbsttätigen Schweißung in Argon, in;hesonder.e wenn diese mit einer nicht abschmelzenden
Elektrode und mit Zusatzdraht vorgenommen ward, die Hauptparameter des Bogeils"
wie Schweißstromstärke, Schweißgeschwindigkeit zind Zufuhr des Auftragdrahtes, genau
zu überwachen. Die Bogenlänge muß sehr genau eingehalten werden, größenordnungsmäßig
einen halben Millimeter, und zwar insbesondere, weil erstens die, Form der fallenden
Iennlinie der benutzten Stromerzeuger und die Kennlinie der Bogenspannung in Abhängigkeit
von der Bogenlänge zeigen, daß eine geringe Veränderung der Bogenlänge sofort die
Stromstärke und somit die Schweißenergie stark beeinflußt, und zweitens die Form
des Bogens selbst sich mit seiner L äuge ändert: Ein längerer Bogen breitet sich
auf dem zu schiveiße,nden Blech stärker aus und dringt weniger tief ein.
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Die Notwendigkeit der genauen Aufrechterhaltung einer konstanten Bogenlänge
erfordert somit die Verwendung von Einspannvorrichtungen mit großer mechanischer
Genauigkeit, deren hohe, bei jedem
neuen Raumprofil der Schweißfuge
neu anfallende Kosten eine störende Begrenzung für die wirtschaftliche Entwicklung
der Verfahren zur selbsttätigen Schweißung bilden.
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Die beiden Parameter Schweißstromstärke und Schweißgeschwindigkeit
müssen aufeinander abgestimmt sein, um einen gleichmäßigen Einbrand der Schweißraupe
zu erhalten, was 'bisher vor jeder Schweißung umständliche Einstellarbeiten an Versuchsstückenerforderlich
machte.
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Es ist ferner wünschenswert, die Schweißstromstärke während des Schweißens
konstant zu halten, da die Schweißenergie insbesondere von dieser Stromstärke abhängt.
Dieser Faktor ändert sich aber mit den Schwankungen der Netzspannung und der Bogenspannung.
Ferner muß noch -die, Geschwindigkeit des das Werkstück antreibenden Motors konstant
gehalten werden.
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Der Zusatzdraht macht. den Schweißvorgang noch verwickelter, da er
einen Teil der Bogenenergie verbraucht.
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Die auf die Bogenlänge, die- Schweißstromstärke, die Schweißgeschwindigkeit
und die Zufuhrgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes einwirkenden Parameter müssen daher
nacheinander eingestellt werden.
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Bei den bekannten Maschinen mußten die Versuche bis zur Erzielung
einer richtigen Einstellung dieser Parameter fortgesetzt werden. Nach Herstellung
dieser Einstellung blieb -noch die Aufgabe der Gewährleistung der Stabilität der
Einstellung bestehen.
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Wenn die Werkstücke nicht eben sind, müssen noch Mittel vorgesehen
werden, um eine konstante Geschwindigkeit des Schmelzbades zu gewährleisten, weiterhin,
um den Schweißkopf stets senkrecht zu der Schweißebene zu halten und um dafür zu
sorgen, daß der Zusatzdraht stets unter einem konstanten Winkel auf das Schmelzbad
gelangt.
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Die Parameter werden schließlich derart verwickelt. daß die ihre durch
Versuche zu ermittelnde Einstellung nur noch bei großen Serien. gerechtfertigt ist.
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Ferner muß noch die gegenseitige Beeinflussung .der Einstellparameter
berücksichtigt werden. So ändert sich die Spannung an den Klemmen des Bogens mit
seiner Länge. Sie kann sich z. B. um 0,5 V je Millimeter ändern, wobei die Kennlinie
in dem Gebiet der kleinen Werte eine Krümmung aufweist. Außerdem besteht eine gegenseitige
Beeinflussung ,zwischen der Schweißenergie und der Schweißstromstärke. Es kann nämlich
angenommen werden, daß in einer ausnutzbaren Einstellzone- die Leistung durch das
Produkt aus dem kathodischen Spannungsabfall in dem Bogen und der Stromstärke gegeben
ist. Infolgedessen ist für ,einen bestimmten Vorgang die Leistung der Stromstärke
und der Bogenspannung proportional.
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Hinsichtlich der gegenseitigen Einwirkung von Spannung und Stromstärke
war bereits ausgeführt worden, daß die Bogenlänge mit der Bogenspannung verknüpft
ist. Die Spannung ist nun an die Stromstärke dadurch gebunden, daß die üblichen
Schweißstromerzeuger eitle fallende Stromspannungskennlinie haben. Hieraus ergibt
sich, daß, wenn die Bogenlänge nicht genau konstant gehalten werden kann, eine Vergrößerung
um 1 mm die Spannung um 0,5 V vergrößert und die Stromstärke um 3 A verkleinert
unter der Annahme, d,aß die Schweißu.ng mit einem von einem rotierenden Stromerzeuger
gelieferten Gleichstrom von 150 A ausgeführt wird.
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Hierzu ist noch zu bemerken, daß bei der Schweißung mit Wechselstrom
die durch die Form, die chemische Zusammensetzung, das Emissionsvermögen und die
Temperatur zwischen den Übergangsstellen des Bogens bedingten Unsymmetrien berücksichtigt
,verden müssen. Diese Unsy mmetrien haben einen Einfluß auf die Form der Halb-#v.ellen
der Speisespannung und des Speisestroms. Die Erfindung bezweckt unter anderem, die
Ausbildung so zu treffen, daß im einer Argonatmosphäre mit Wechselstrom ebenso gut
wie mit Gleichstrom geschweißt werden kann, wenn die Art der auszuführenden Arbeit
zu der Wahl von Wechselstrom führt.
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Die Erfindung besteht darin, daß diese Vorrichtungen in ihrer Gesamtheit
die für die Schweißung je Längeneinheit der Schweißnaht aufgewandte elektrische
Energie konstanthalten.
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Um die von der Erfindung gelöste Aufgabe noch einmal zusammenzufassen,
kann gesagt werden; daß diese insbesondere bezweckt, getrennt oder vorzugsweise
gleichzeitig eine gewisse Zahl von Forderungen zu erfüllen, insbesondere folgende:
1. Konstanthaltung der Bogenlänge mit einer möglichst geringen Toleranz, größenordnungsmäßig
etwa 0,1 mm.
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2. Aufeinand@erfolgende Ausführung von Schweißnähten verschiedenen
Profils, indem die Maschine selbst die Verstellgeschwindigkeit des Werkstückes oder
des Elektrodenhalters so einstellt, daß die Schweißgeschwindigkeit die gleiche bleibt,
und zwar sowohl für a) Schweißnähte mit Kreisprofil, wobei der Halbmesser von einer
Schweißstelle zur nächsten veränderlich ist; b) Schweißnähte mit einem beliebigen
ebenen Profil; c) Schweißnähte mit einem beliebigen verwundenen Profil; d) Schwenßvargänge
mit veränderlicher Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes.
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Bei einer Sohweißung längs einer verwundenen Linie bezweckt somit
die Erfindung, die Resultierende der Tangential-, Normal- und Quergeschwindigkeit
des Elektrodenhalters gegenüber dem Schweißbad konstant zu halten.
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3. Aufrechterhaltung eines konstanten Winkels zwischen dem Elektrodenhalter
und dem Schweißbad: Ständige Aufrechterhaltung der waagerechten Lage des Schweißbades.
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5. Aufrechterhaltung der Kerngrößen der Schweißnaht, insbesondere
der Einbrandtiefe, trotz der Schwankungen des Schweißstroms, insbesondere Herstellung
und Aufrechterhaltung eines konstanten Wertes der je Längeneinheit der Schweißnaht
aufgewandten elektrischen Schweißenergie.
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6. Erzielung einer konstanten Einbrandtiefe trotz der Unregelmäßigkeiten
in der Vorbereitung° der Schweißnaht.
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7. Bei einer Schweißung mit Zusatzdraht: Herstellung und Aufrechterhaltung
einer konstanten Beziehung zwischen der Schweißstromstärke und der Vorschubgeschwindigkeit
des Drahtes.
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B. Herstellung eines schnellen Ansprechens und der Stabilität der
an den verschiedenen obigen Aufgaben teilnehmenden Servomechanismen.
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9. Selbsttätige Herstellung der Aufeinanderfolge der verschiedenen
Schweißvorgänge zu den gewünschten Zeitpunkten.
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Von den obigen Aufgaben sind einige bekannt, z. B. die Aufrechterhaltung
einer konstanten Bogenlänge. Die erfindungsgemäße Maschine bringt neue vorteilhafte
Lösungen dieser Aufgaben, indem: sie hauptsächlich elektrische Mittel anwendet;
welche bisher bei der Technik der selbsttätigen Schweißgig noch nicht angewandt
worden waren. Unter den
obigen Aufgaben befinden sich jedoch einige
neue, so daß ihre Untersuchung .ein ganz neues Feld eröffnet. Dies ist insbesondere
für die Schweißurig mit konstanter Schweißenergie je Zentimeter und konstanter Einbrandtiefe
der Fall.
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Es sind bereits Vorrichtungen bekannt, welche die Schwankungen der
Bogenspannung zur Regelung der Bogenlänge ausnutzen. Gewisse dieser Vorrichtungen,
welche in einer Heliumatmosphäre richtig arbeiten, ergeben aber in Argon weniger
gute Ergebnisse, da die Spannungsänderung in Abhängigkeit von der Bogenlänge in
Argon wesentlich geringer als in Helium ist.
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Unter den bekannten Vorrichtungen zur Regelung der Bogenlänge bei
Wechselstrom gibt es eine, welche als Regelspannung die mittlere Spannung der negativen
Halbwellen benutzt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, da.ß ein stabiler Spannungswert
erhalten wird, da die Regelung nach der positiven Halbwelle vermieden wird, welche
unregelmäßig ist.
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Bei Betrachtung des Spannungsoszillogramms sieht man jedoch, da,ß
sich eine Spitze an der positiven Iialbwelle der Elektrode abzeichnet. Da die von
dieser Spitze begrenzte Oberfläche klein ist, wird sie über ein breites Intervall
vernachlässigbar klein, wenn z. B. in an sich bekannter Weise das Integral der Oberflächen
und der Mittehvert diesies Wertes über mehrere Perioden benutzt wird.
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Die selbsttätige Schweißurig in Argonatmosphäre mit nicht schmelzender
Elektrode erfordert eine sehr gleichmäßige Stromzufuhr selbst im Verlauf einer Periode,
da eine über mehrere Halbwellen andauernd-, Störung stets die Gefahr ungleiehmäßi:ger
Schweißergebnisse: mit sich bringt. Wiederholte Beobachtungen durch Vergleich von
Oszillogrammen mit pral,ztischen Ergebnissen zeigen, daß eine Speisung mit einer
fast absoluten Gl°ichmäßi.gkeit hinsichtlich der Kurvenform der Spannungen 2-rforderlich
ist und. bei dem gegenwärtigen Stand der Technik in einem Stromregelhereich von
über 60 A hergestellt werden kann.
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Gemäß einer vorzugsweisen Ausbildung der Erfindung benutzt die Regelung
der Bogenlänge die positive und die negative Halbwelle, wobei: als Steuerspannung
für die Regelung der Mittelwert des Integrals über mehrere Halbwellen genommen wird.
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Hierfür erhält die erfindungsgemäße Maschine ein aus Widerstand und
Kapazität zusammengesetztes Glied, an welches die Bogenspannung als Gleichspannung
oder gleichgerichtete Spannung angelegt wird, um durch Integration eine Spannung
zu erhalten, welche gleich dem Mittelwert der effektiven Bogenspannung während einer
gewissen Zeit (z. B. während mehrerer Perioden bei Wechselstrom) ist, sowie einen
Stromkreis, welcher diese integrierte Spannung mit einer stabilisierten Bezugsspannung
vergleicht, und einen durch die von dem Vergleichsstromkreis gelieferte Differentialspannung
gesteuerten Servomechanismus, um dien Schweißkopf dem Schweißbad anzunähern oder
von diesem zu entfernen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform der e,rfindungsgemäßen Maschine
enthält diese für die Schweißurig mit @Vechselstrom eine Schaltung, welche an den
Klemmen dies Bogens über einen jede Gleichstromkomponente ausscheidenden Kondensator
und einen die Störströme, insbesondere die Oberwellen der Schweißspannung, zurückhaltenden
Filter eine zu der Bogenspannung proportionale Spannung entnimmt und die beiden
Halbwellen derselben gleichrichtet, wobei die erhaltene gleichgerichtete Spannung
wie oben an ein auf einen Ve.rgl@ei,chsstromkreis geschaltetes integrierendes Glied
angelegt wird.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung besitzt die einen Vergleichsstromkreis
und einen Differentialverstärker bildende Anordnung eine einstellbare Anspre.chschwelle
beiderseits der Bezugsspannung und ist mit dem die Aufwärts- und Abwärtsbewegung
des Elektrodenhalters steuernden Motor durch einen Relaissatz verbunden, wobei die
Ausbildung so getroffen ist, daß der Motor durch Kurzschließung seines Ankers über
einen Widerstand und durch Fortdauer der Speisung seines Feldes gebremst gehalten
wird, so lange die Schwankungen der Bogenspannung zwischen den beiden eingestellten
Schwellenwerten liegen.
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Diese Anordnung verhindert Schwingungen des El"e1ctrod,enhalters um
den Regelpunkt bei gleichzeitiger Erzielung einer tadellosen Regelempfindlichkeit.
So kann man eine Bogenspannung in der Größenordnung von 16 V, welche einer Bogenlänge
in. Argon von ungefähr 3 mm entspricht, bis auf 50 mV genau stabilisieren, so daß
diese Spannung z. B. zwischen 15,95 und 16,05 V bleibt, wobei der Elektrodenhalroer
blockiert ist, solange der Unterschied zwischen der wirklichen Bogenspannung und
der eingestellten Regelspannung kleiner als 50 mV bleibt.
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Es ist zu bemerken, daß die an den Anker des Motors mittels der obigen
Verrichtung angelegte Spannung zur Aufwärts- oder Abwärtsbewegung des EI,.ktro-denhalters
stets zu dem Unterschied zwischen der Bezugsspannung und der wirklichen Bogenspannung
proportional ist, so daß die Geschw indigkeit der Zurückführung des Elektrodenhalters
in die richtige Stellung in an sich bekannter Wise mit dem Unterschied zwischen
der wirklichen Bogenlänge und der gewählten Bogenlänge zunimmt. Sie kann außerdem
durch Veränderung des @'-erstärlzungs.faktors geregeIt werden.
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Hinsichthch der Aufrechterhaltung eines konstanten Verhältnisses zwischen
der Schweißstromstärke und dier Schwcißgeschwindi,gkeit einerseits und der Vorschubgeschwindigkeit
des Zusatzdrahtes andererseits ist die erfindungsgemäße Maschine noch dadurch gekennzeichnet,
daß sie ein Meßglied enthält, welches jederzeit eine stets der Schweißstromstärke
proportionale Spannung liefert, und einen von dieser Spannung gesteuerten Verstärker,
welcher die Geschwindigkeit des Vorscb-ubmotors des Schlittens (in dem Fall eines
an einem Schlitten angebrachten Schweißkopfes) oder des Motors für dien Antrieb
des Werkstückes (in dem Falleines an einem festen Gestell angebrachten Schweißkopfes)
regelt. Das Meßglied kann in an sich bekannter Weise bei einer Gleichstromschweißung
durch eine gleichstromvormagnetis.ierte Drossel gebildet werden, während es bei
Wechselstromschweißung nach Art eines Stromwandlers ausgebildet sein kann. Da ein
Zweck der Erfindung darin besteht, die Bogenlänge mit großer Genauigkeit zu regeln,
gleich, ob Gleichstrom mit positiver oder negativer Elektrode oder Wechselstrom
benutzt werden soll, enthält gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
der gleiche Apparat eine einfache Umschaltvorrichtung, mittels welcher er nach Belieben
je nach der Stromart als Drossel oder als Stromwandler arbeitet.
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Der Proportionalitätsfaktor zwischen der S.chweiß-,geschwindigkeit
und der Zuführgeschwindigkeit des Drahtes ist vorzugsweise regelbar, z. B. durch
Steuerung
des Ausgangs der gleichstromvormagnetisierten Drossel oder des Stromwandlers durch
einen Spannungsteiler oder noch besser durch einen regelbaren Spannungswandler.
Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine enthält Mittel zur Erzielung
einer konstanten Einbrandtiefe der Schweißraupe durch Veränderung der Zufuhrgeschwindigkeit
des Zusatzdrahtes umgekehrt proportional zu der Geschwindigkeit der Elektrode auf
der Oberfläche des Schweißstückes, wobei diese Mittel insbesondere eine gleichstromvormagnetisierte
Drossel umfassen, welche eine zu der Sch`veißstromstärke proportionale Spannung
liefert, sowie einen doppelten Spannungsteiler, welcher nach dieser Spannung zwei
Spannungen bestimmt, welche sich in entgegengesetztem Sinn und entsprechend den
Veränderlichen einer linearen Gleichung ändern und an den Motor für den Drahtvorschub
bzw. an den Motor für die Verstellung des den Elektrodenhalter tragenden Schlittens
oder für den Antrieb des Werkstücks angelegt werden, wobei diese Vorrichtung es
der Bedienungsperson ermöglicht, den Drahtvorschub unabhängig von der Einbrandtiefe
und der Schweißstromstärke zu regeln.
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Zur Erzielung einer konstanten Schweißgeschwindigkeit und einer konstanten
Schweißenergie je Zentimeter Naht unter der .Annahme, daß Spannung und Schweißstromstärke
bei der Herstellung von Schweißnähten auf Kreislinien mit verschiedenen Halbmessern
an einem sich um seine Achse drehenden Umdrehungskörper eingestellt werden, ist
die erfindungsgemäße Maschine in einer Weiterbildung noch dadurch gekennzeichnet,
daß sie mit einer elektrischen Vorrichtung versehen ist, welche selbsttätig die
des Werkstückes verringert, wenn der Halbmesser zunimmt, so d-aß eine konstante
Tangentialgeschwindi:gkeit aufrecht erhalten wird. Diese Vorrichtung enthält vorzugsweise
einen von der Aufwärtsbewegung des Elektrodenhalters gesteuerten Spannungsteiler
mit einer hyperbolischen Widerstandskurve, wobei die Ausbildung so getroffen ist,
daß das Produkt aus dem Halbmesser der Schweißnaht und der Winkelgeschwindigkeit
der Drehung des Werkstückes, d. h. die Tangentialgeschwindigkeit, konstant gehalten
wird.
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Für die Herstellung von Schweißnähten gemäß einer beliebigen ebenen
Linie auf einem sich um eine beliebige Achse drehenden Schweißstück ist die erfindungsgemäße
Maschine dadurch gekennzeichnet, daß sie in Kombination Mittel enthält, -um eine
konstante Geschw indigkeit des Schmelzbades aufrechtzuerhalten, welche die Resultierende
der Umfangsgeschwindigkeit des Werkstückes und der Aufwärts-oder Abwärtsbewegung
des Elektrodenhalters ist, und Mittel zur Aufrechterhaltung eines konstanten Winkels
zwischen dem Elektrodenhalter und dem Schmelzbad. Diese Mittel umfassen insbesondere
a) einen ersten Stromkreis, durch welchen eine zu der Schweißstromstärke proportionale
Spannung gemäß der oben für die Schweißung von kreisförmigen Nähten erläuterten
Weise an einen den Halbmesser berücksichtigenden Berichtigun:gsspannungsteiler angelegt
wird und hierauf, vorzugsweise über einen Verstärker zur Erniedrigung der Impedanz,
an einen die Winkelgeschwindigkeit berücksichtigenden Berichtigungsspan.nungsteiler,
dessen Schieber durch die Bewegung zur Schrägstellung des Elektrodenhalters angetrieben
wird, wobei die durch diese beiden Spannungsteiler berichtigte Spannung zur Regelung
der Geschwindigkeit des Motors zur Drehung des Werkstückes benutzt wird; b) einen
zweiten Stromkreis mit einem Differentialverstärker, an welchen einerseits die Ankerspannung
des Motors für die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Elektrodenhalters, welche den
Sinuswert des zwischen dem Elektrodenhalter und dem Bad aufrecht zu erhaltenden
Winkels proportional ist, und andererseits die Ausgangsspannung eines Winkelstellungsspannungsteilers
angelegt werden, dessen Schieber an die Einstellhewegung des Elektrodenhalters gebunden
ist und an welchen eine zu d°r Schweißstromstärke sowie zu der resultierenden Schweißgeschwindigkeit
proportionale Spannung angelegt wird, um die Winkelheriehtigung unabhängig von diesen
beiden Faktoren zu machen, wobei die Ausgangsspannung dieses Diit,c:entialv.erstärkers
zur Regelung der G@esc:hwind'irgkeit des Motors zur Schrägstellung des Elektrodenhalters
ausgenutzt wird, wobei diese Schrägstellung tun eine Achse erfolgt, welche durch
den Punkt der Berührung des Bogens mit dem Werkstück geht.
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Die erfindungsgemäße- Maschine kann zweckmäßig noch mit einer Umschaltvorrichtung
versehen werden, um gleichzeitig je nach der Vornahme der Scbweißung über oder unter
der Drehachse des Werkstückes den Sinn d°r Schrägstellung des Elektrodenhalters,
die Schaltung des Winkelstellungsspannungsteilers und die Schaltung des den Halbmesser
berücksichtigenden Berichtigungsspannungsteilers umzukehren.
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Für die Herstellung von Schweißnähten gemäß einem beliebigen verwundenen
Linienzug an einem sich um eine beliebige Achse drehenden Werkstück kann die erfindungsgemäße
Maschine noch außer den bereits obenerwähnten Teilen Mittel enthalten zur lflessttng
der Verwindung der Schweißnaht und einen zusätzlichen Spannungsteiler zur Berichtigung
der Winkelstellung, w,-lcher, vorzugsweise über einen die Impedanz erniedrigenden
Verstärker, zwischen den Schieber des ersten Spannungsteilers zur Berichtigung der
Winkelstellung und den Eingang ,eines Verstärkers geschaltet ist, der die Geschwindigkeit
eines Nfotors zur Verstellung des Elektrodenhalters parallel zur Längsachse der
Schweißnaht regelt, wobei der Schieber dieses zusätzlichen Spannungsteilers so angetri°hen
wird, daß er beständig den Winkel zwischen dem Längsvektor der Schweißnaht und dem
resultierenden Vektor der Bewegung des Elektrodenhalters wiedergibt.
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Ferner wird erfindungsgemäß die Maschine in ihren verschiedenen obigen
Ausführungsformen zweckmäßig mit Zeitschaltmitt°ln verseben, um a) nacheinander
von dem Augenblick der Zündung des Bogens an die Inbetriebsetzung des Antriehes
des ZVerkstücks oder der Translationsbewegung des Schlittens, die Zufuhr des Zusatzdrahtes,
die Inbetri.ebnabme der Vorrichtung zur Regelung der Bogenlänge und die Inbetriebsetzung
des Mechanismus zur Steuerung der Schräglage des Elektrodenhalters zu bewirken;
b) mit einer bestimmten Vergrößerung nach der Stillsetzung der Zufuhr des Zusatzdrahtes
die Stillsetzung der anderen obigen Vorgänge zu bewirken.
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Die Zeit zwischen der Zündung des Bogens und der Herstellung der Bewegung
des Werkstückes wird zweckmäßig selbsttätig so bestimmt, daß sie umgekehrt proportional
zu der Schweißstromstärke ist; um die Vorheizung des Schweißbades zu regeln: Schließlich
ist hei einer besonderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine, bei welcher
der Elektrodenhalter fest und im Prinzip latrech,t steht und das längs eines beliebigen
ebenen Linienzuges
zu schweißende Werkstück sieh gegenüber dem
Elektrodenhalter dreht, diese Maschine dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Verstellung
des Werkstückes bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der waagerechten Lage des Schmelzbades
folgende Teile aufweist a) einen festen waagerechten Schwenkzapfen, dessen geometrische
Achse durch das Schmelzbad geht; b) einen Arm, welcher durch einen ersten Motor
um diese Achse in Umdrehung versetzt wird, und dessen Länge durch einen zweiten
Motor verändert wird; c) eine das Werkstück tragende Achse, welche von dem ausziehbaren
Arm so getragen wird, daß sie ständig zu der Achse des festen Schwenkzapfens parallel
bleibt, wobei diese Achse gegenüber dem ausziehbaren Arm durch einen dritten Motor
in Umdrehung versetzt wird; d) elektrische -Mittel, welche auf dem gleichen Prinzip
beruhen wie die oben anläßlich, der Herstellung von nicht kreisförmigen Schweißnähten
beschriebenen, um beständig die senkrechte Lage zwischen dem Elektrodenhalter und
dem Schmelzbad sowie eine konstante Geschwindigkeit des Schmelzbades aufrecht zu
erhalten, indem sie auf die Geschwindigkeiten der drei oben-unter b) und c) erwähnten
Motoren einwirken.
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Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber
erläutert.
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Fig. 1 ist ein Gesamtschema einer erfindungsgemäßen Maschine für die
Schweißung mit Zusatzdraht gemäß einem unregelmäßigen ebenen Linienzug auf seinem
sich drehenden Schweißstück; Fig. 2 ist eine schematische schaubildliche Ansicht
des Schweißkopfes und des Steuerpultes, welche die Hauptteile der Maschine der Fig.
1 bilden; Fig. 3 ist ein Schnitt der lotrechten Führung des Kopfes der Fig. 2 längs
der Linie III-III der Fig. 2; Fig.4 ist ein Schaltbild des der in Fi,g.1 dargestellten
Anordnung angehörenden Stromkreises zur selbsttätigen Regelung der Bogenspannung;
Fig.5 und 6 sind zwei Schaubilder, welche das Prinzip des auf den Stromkreis der
Fig.4 angewandten Stabilisierungssystems zur Vermeidung von Schwingungen zeigen;
Fig.7 ist ein Schaltbild des der Anordnung der Fig. 1 angehörenden Stromkreises
zur Messung der Schweißstromstärke; Fig.8 ist ein Schaltbild des ebenfalls der Anordnung
der Fig.1 angehörenden Stromkreises zur Erniedrigung der Impedanz; Fig. 9 ist ein
Prinzipschema der Vorrichtung zur Regelung der Winkelgeschwindigkeit des Werkstückes
in Abhängigkeit von seinem Halbmesser zur Aufrechterhaltung einer konstanten Tangentialgeschwindigkeit
bei einer Änderung des Halbmessers; Fig. 10 ist ein Schaubild der Zusammensetzung
der Kreisgeschwindigkeit und der radialen Geschwindigkeit gemäß einer Tangente an
eine ebene unregelmäßige Kurve; Fig. 11 ist ein Prinzipschema der Vorrichtung zur
Konstanthaltung der resultierenden Geschwindigkeit gemäß dem Schaubild der Fig.
10; Fig.12 ist ein dem Schaubild der Fig.10 entsprechendes Schaubild, jedoch für
eine verwundene Kurve; Fig. 13 ist ein das Schema der Fig. 11 ergänzendes Schema
für den Fall der Schweißung nach einer verwundenen Linie; Fig. 14 ist ein dem Schema
der Fig. 9 entsprechendes Schema, bei welchem jedoch das längs einem beliebigen
ebenen Linienzug zu schweißende Werkstück feststeht, während der Elektrodenhalter
von einem Schlitten getragen wird, dessen Längsgeschwindigkeit selbsttätig so geregelt
wird, daß die. resultierende Schweißgeschwindigkeit konstant gehalten wird; Fig.
15 ist ein Diagramm, welches die Schweißkenngrößen für eine konstante Einbrandtiefe
angibt; Fig. 16 ist ein Schaltbild des elektrischen Stromkreises zur Herstellung
dieser konstanten. Einbrandtiefe durch gleichzeitige entgegengesetzte -Steuerung
der Geschwindigkeit- des Drahtes und der Schweißgeschwindigkeit; Fig. 17 zeigt die
Anwendung der Vorrichtung zur Herstellung einer konstanten Einbrandtiefe beim Schweißen
mit einem an einem Schlitten angebrachten Elektrodenhalter ; Fig. 18 zeigt schematisch
in schaubildlicher Darstellung eine Ausführungsform der Erfindung bei ihrer Anwendung
zur ständigen Aufrechterhaltung der waagerechten Lage des Schmelzbades.
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In Fig. 1 und 2 sind bei Ml, M2, M3 und M4 die Motoren dargestellt,
welche de Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Elektrodenhalters 2, die Drehung des
Werkstückes P, die Einstellung des Elektro@denhalters und den Vorschub des Zusatzdrahtes
F steuern. Diese vier Motoren werden durch die in Fig. 1 dargestellten Thyratronsteuerungen
T1, T2, T3 und T4 gespei t. Ein in der Mitte des Steuerpultes in Fig. 2 dargestellter
Umschalter I gestattet die Umschaltung gewisser Stromkreise je nach der Schweißung
mit Gleichstrom oder Wechselstrom. Diese Umschaltung ist weiter unten beschrieben
und erläutert. Außerdem gestattet ein Umschaltkasten C1,7 (Fig. 2) die Umschaltung
.gewisser Steuerungen, je nachdem, ob die Schweißung an einer Stelle über oder unter
der Drehachse des Werkstückes. P erfolgt.
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Ferner ist noch in Fig. 1 schematisch die gleichstromvormagnetisierte
Drossel TR dargestellt, welche die Schweißstromstärke mitt, um einen Spannungsteiler
Vs- eine zu dieser Stromstärke proportionale Spannung zu liefern.. Bei Schweißung
mit Wechselstrom werden die Wicklungen dieser gleichstromvormagnetisierten Drossel
durch den allgemeinen Umschalter I so umgeschaltet, daß sie einen Stromwandler bilden.
Hierauf wird weiter unten anläßlich der Besprechung der Fig. 7 eingegangen. Der
Spannungsteiler Vs dient zur Regelung der Schweißgeschwindigkeit, und seine Ausgangsspannung
wird auf drei Stromkreise verteilt: 1. Einen ersten Stromkreis mit einem Spannungsteiler
zur Berichtigung der Winkelstellung ca, auf welchen über einen ersten Impedanzminderer
AZl ein den Halbmesser berücksichtigender Beric'hti.gungsspannun:gsteiler R folgt,
welcher seinerseits über einen zweiten Impedanzminderer AZ, mit dem Thyratronschran.k
T2 zur Speisung des Motors M2 verbunden ist, welcher entweder den Antrieb des Werkstücks,
wie in Fig. 1 dargestellt, oder die Längsbewegung des Schlittens, wie in Fig. 14
dargestellt, bewirkt. Die Schaltung des Impedanzminderers ist in Fi:g.8 dargestellt.
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2. Einen zweiten Stromkreis mit einem Spannungsteiler hf zur Regelung
der Geschwindigkeit des Zusatzdrahtes, welcher mixt dem Schrank T4 zurr Speisung
des Motors M4 für den Drahtvorschub: verbunden ist.
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3. Einen dritten Stromkreis mit einem als. »Winkelstellungsspannungsteiler
pa« (Fig. 1) bezeichneten
Spannungsteiler; welcher mit einem Differentialverstärker
AD2 zur Steuerung des Schrägsfellungsmotors M3 über den Schrank T3 verbünden ist.
Die Aufgäbe dieses Verstärkers ist weiter unten genauer erläutert. Ferner ist in_
Fig. I die Vorrichtung AA
zur Analysierung der Bogenspannung dargestellt,
deren Schaltung in Fig. 4 genauer dargestellt ist, sowie die stabilisierte Gleichspannungsquelle
VR, welche dem Analysator AA die Bezugsspannung liefert. Dieser ist mit einem
Differentialverstärker ADi verbunden, welcher den Hubmotor M1 über den Schrank T1
steuert. Die Ankerspanhung des Motors M1 ist ferner an den obenerwähnten Differentialverstärker
AD, angelegt, welcher-dem Stromkreis zur Steuerung der Schrägstellung des
tlektrodenhalters mittels des Motors 43 angehört. Die Arbeitsweise dieses
Stromkreises zur- Steuerung der Schrägstellung ist weiter unten genauer erläutert.
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Die mechanische Ausbildung der erfindungsgemäßen Maschine weist ebenfalls
gewisse Neuerungen auf, welche hauptsächlich in Fig. 2 dargestellt sind, insbesondere
hinsichtlich der_lotrechten Führung des beweglic@herL Teiles des Schweißkopfes.
Die bewegliche Anordnung wird durch zwei Anordnungen von drei in Fig. 3 dargestellten
Kugellagern um eine rohrförmige Führung herumgeführt.--Oben und unten sind End'-s.chalter
vorgesehen, um insbesondere den Schweißstrom zu unterbrechen und ein Eintauchen
der Elektrode in das Schweißbad zu verhindern.
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Der Steuerschrank weist an seinem oberen Teil ein Pult auf, auf welchem
alle Steuerorgane gruppiert sind, außer dem obenerwähnten Umschalter der Lage der
Schweißstelle C117, welcher in -unmittelbarer Nähe des Schweißkopfes angeordnet
ist. Das Pult selbst ist in zwei Teile unterteilt, wobei der obere Teil die Haupteinstellung
enthält und mit einem ein Glasfenster enthaltenden Deckel versehen ist, welcher
nach Vornahme der -Einstellungen für eine Reihe von bestimmten Schweißvorgängen
verriegelt wird. Diese Einstellungen sind die für die Schweißgeschwindigkeit V durch
den Spannungsteiler Vs der Fig. 1, der Bogenspannung Ua durch den Spannungsteiler
9 der Fig. 4, welcher die feste Spannung regelt, mit welcher die wirkliche Bogenspannung
durch den Analysator AA verglichen wird, und der Vorschubgeschwindigkeit des Zusatzdrahtes
durch den auf der rechten Seite liegenden Spannungsteiler Vf. Unter diesen drei
Zifferblättern Vs, Ua und Vf befindet sich der allgemeine Umschalter I zum Übergang
von Gleichstrom auf Wechselstrom.
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Der untere Teil der Schalttafel enthält insbesondere einen Hauptschalter
Ein-Aus. EWA und vier Paare von Druckknöpfen zur Handbetätigung der vier Motoren
M; bis. M4.
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Der Schrank enthält _ die verschiedenen in Fig. 1 dargestellten Verstärker
und Stromkreise sowie die Stromkreise zu ihrer Speisung aus dem Netz. Er kann außerdem
eine getrennte Abteilung für die mechanischen Werkzeuge und Ersatzteile enthalten.
Natürlich enthält die Apparatur noch die elektrisch betätigten Ventile für Argon
und das Wasser zur Kühlung des Elektrodenhalters sowie ihre Steuerstromkreise. Diese
Teile,sind an sich bekannt und daher nicht dargestellt.
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Fig.4 zeigt den Stromkreis zur Regelung der Bogenspannung und insbesondere
die in Fig. 1 mit dem allgemeinen Zeichen AA bezeichnete Vorrichtung zur
Analysierungder Bogenspannung.
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Dieser Stromkreis soll zunächst unter der Annahme untersucht werden,
daß -die Elektrode E des Elektrodenhalters - mit Wechselstrom gespeist' wi:tlü:'
`Die Spannung der Elektrode E wird über einen Xondensätor C1 zur Ausscheidung der
Gleichstromkomponenten an die Primärwicklung eines Transformators 4 angelegt, dessen
Sekundärwicklung über einen Gleichrichter 5 in Brückenschaltung an einen Widerstand
6 angeschlossen ist. Zwischen den Klemmen _-4 und, B dieses Widerstandes tritt eine
zu der Bogenspannun proportionale, die beiden Halbwellen berücksichtigende gleichgerichtete
Spannung auf. Diese zwischen A und B herrschende Spannung wird an ein aus einem
Widerstand R7 und einem Kondensator Cz b stehendes Integrierglied angelegt. Dieses
Glied' taestimmt einen Mittelwert der Integrale der Flächen der Spannungskurven:
Diese an den Klemmen 'des'KÖTl= densators C7 abgenommene mittlere Spannung
wird hierauf- mit einer von der Spannungsquelle VR ge= lieferten stabilisierten
Bezugsspannung an einem Spannungsteiler Vs verglichen, welcher die Einstellung der
Bogenspannung auf einen bestimmten Wert gestattet. Die Ausgangsspannung dieses Spannungsteilers,
welche somit von der Bogenspannung und der Stellung des Schiebers abhängt, wird
cri dien Differentialverstärker ADi angelegt, der seinerseits den Thyratronschrank
T1 betätigt, welcher dien Motor 1171 zur Abwärts- oder Aufwärtsbewegung des Elektrodenhalters
speist.
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Die schematisch in Fig.5 und 6 dargestellte Arbeitsweise des Differentialverstärkers
AD, ist folgende: Unter der Annahme, daß die Bogenspannung U zeitlich
vors einem Wert Ui zu einem Wert U, geht, wobei die Bezugsspannung durch den Verstärker
auf 0 festgelegt ist, stellt diese Zone eine »Gabel« dar, welche mittels eines nicht
dargestellten Spannungsteilers regelbar ist.
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Von Ui nach 0 (Spannung kleiner als die Bezugsspannung) bewirkt der
Verstärker die Aufwärtsbewegung des Elektrodenhalters, worauf er in der Nähe des
Bezugswertes den Motor stillsetzt und ihn durch Kurzschließung des Ankers über einen
Widerstand und Aufrechterhaltung der Speisung des Feldes gebremst hält. Von 0 nach
U., solange die Spannung nicht aus einer vorausbestimmten Zone austritt, bleibt
der Motor blockiert, worauf ein Relais anspricht; um den Elektrodenhalter in Richtung
auf die Bremszone abwärts zu führen. Diese Anordnung soll die Pendelungen unterdrücken,
welche ein dauerndes Schwingen des Elektrodenhalters um die Einstellzone bewirken
würden.
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Es ist zu bemerken, daß die an den Anker des Motors zur Aufwärts-
oder Abwärtsbewegung des Elektrodenhalters angelegte Spannung stets zu dem Spannungsunterschied
zwischen der Bogenspannung und der Bezugsspannung proportional ist, so daß''die
Geschwindigkeit zur Zurückführung des Elektrodenhalters in die gewählte Stellung
um so größer ist; je mehr die Bogenlänge von der gewählten Länge abweicht. Es ist
ferner zu bemerken, daß dieser Proportionalitätsfaktor geregelt werden kann.
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Bei Gleichstrom gestattet eine vorzugsweise durch den Hauptumschalter
I betätigte Umschaltvorrichtung die Anschaltung der Spannung des Elektrodenhalters
an den Punkt A des Widerstandes 6.
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Hinsichtlich der Vorrichtung zur selbsttätigen Regelung der Bogenspanung
ist noch zu bemerken, daß der Motor Mi, wenn der Bogen nicht gezündet' ist, durch
die hierfür auf dem Pult der Fig.2 vorgesehenen Druckknöpfe von Hand gesteuert werden
kann. Hierfür ist eine getrennte Speisung des Ankers mit einem gleichgerichteten
Strom vorgesehen, wobei
die Verbindung entsprechend der die Laufrichtung
des Motors bestimmenden Polarität erfolgt. DieRuhestellung ist eine gebremste Stellung.
Es ist ferner zu bemerken, d'a.ß die Verbindung mit der Bogenspannung an dem Elektroden'halter
nur besteht, wenn der Bogen gezündet- ist, wofür ein Stromrelais benutzt wird, welches
sich beim Durchgang des Sc'hweißstronmes schließt. Ebenso sind die Druckknopf steuerungen
für die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Elektrodenhalters außer Betrieb, sobald
der Bogen gezündet ist. Diese Vorrichtung stellt nicht nur eine Sicherheit dar,
sondern erleichtert auch die Zündung des Bogens. Wenn der Bogen noch nicht gezündet
ist, aber 'die Elektrode unter Spannung steht, drückt man auf den Knopf »Abwärts«.
Sobald die Elektrode das Werkstück berührt, fließt der Schweißstrom, der Knopf »Abwärts«
wird außer Betrieb gesetzt, und die selbsttätige Regelapparatur tritt in Tätigkeit.
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In Fig. 7, welche die ' Vorrichtung zur Lieferung einer zu der Schweißstromstärke
proportionalen Spannung darstellt, sieht man bei 20 das den Strom dem Elektrodenhalter
zuführende Schweißkabel. Dieses bildet eine Schleife 21, welche magnetisch mit den
beiden Wicklungen 22 und 23 der gleichstromvormagnetisierten Drossel gekoppelt ist.
Diese beiden Wicklungen können parallel oder in Reihe- geschaltet werden, je nachdem,
ob die Schweißung mit Gleichstrom oder Wechselstrom erfolgt. Für das -Arbeiten mit
Gleichstrom werden diese beiden. Wicklungen über einen Transformator 24 mit Regelanzapfungen
erregt, dessen Primärwicklung an das Wechselstromnetz angeschlossen ist. Ein zweiter
Transformator 25, dessen Primärwicklung in Reihe mit den Wicklungen 22 und 23 der
gleichstromvormagnetisierten Drossel geschaltet iat, bildet den Ausgangstransformator.
Seine Sekundärspannung, welche zu der Schweißstromstärke proportional ist, wird
durch einen Gleichrichter in Brückenschaltung 26 gleichgerichtet und an die beiden
Enden des die Schweißgeschwindigkeit regelnden Spannungsteilers Vs angelegt. Dieser
Spannungsteiler ist auch in Fig. 1 dargestellt. Für die Benutzung von Wechselstrom
wird die Primärwicklung des Erregertransformators 24 abgeschaltet, und seine Sekundärwicklung
wird über den Körper kurzgeschlossen, wodurch die Vorrichtung in einen Stromwandler
umgewandelt wird. Man könnte auch die Schweißstromstärke an den Klemmen eines Shu:nts
messen, die erfindungsgemäße Vorrichtung bietet jedoch eine bessere Stabilität.
Diese Vorrichtung gestattet die Verknüpfung der Faktoren »Stromstärke« und »Schweißgeschwindigkeit«
derart, daß die Größe des ersten bei beliebigen Schwankungen desselben während eines
Schweißvorggängs selbsttätig die des zweiten bestimmt. Sie bietet so eine ausgezeichnete
Lösung für gewisse Schwierigkeiten, welche man gewöhnlich bei der selbsttätigen
Schweißurig mit einer durch Argon geschützten nicht abschmelzenden-Elektrode antrifft,
welche insbesondere von der Ungenauigkeit der Stromstärkenregelung der Stromerzeuger
und der Unbeständigkeit der Stromlieferung infolge der Schwankungen der Netzbelastung,
der Änderung der Bogenkenngrößen und dem Aufbau des Stromerzeugers selbst herrühren.
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Es mußten daher biss jetzt Versuche an einem Probestück vorgenommen
werden, um die Schweißgeschwindigkeit auf die Stromstärke einzustellen, da es infolge
der ungenauen Regelung des Stromerzeugers praktisch unmöglich ist, zweimal die gleiche
Stromstärke wiederzufinden. Diese Schwierigkeit ist so groß, daß die selbsttätige
Schweißurig nur für große Arbeiten' benutzt wird'während sie doch für die-Herstellung
beliebiger Schweißnähte gemäß einer einfachen geometrischen Linie benutzt werden
könnte. Ferner bewirken die Änderungen der Stromlieferung Unregelmäßigkeiten der
Regelung und erzeugen Schweißnähte mit verschiedener Einbrändtiefe.
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Dies ist besonders schwerwiegend bei der selbsttätigen Schweißung
.von dünnen Blechen für Flugzeuge, bei welchen die Konstanz der Einbrandtiefe der
Schweißnähte ein wesentlicher Faktor ist.
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Bei- der vorliegenden Erfindung wird von der Annähme ausgegangen,
daß die Schweißenergie unmittelbar zu der . Schweißstromstärke und der Relativgeschwindigkeit
zwischen dem Elektrodenhalter und dem Werkstück proportional ist. Nach Wahl des
Verhältnisses = (Schweißstromstärke und -geschwindigkeit) bewirkt jede Vergrößerung
der Stromstärke eine proportionale Vergrößerung der Schweißgeschwindigkeit.
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Die Anwendung der Vorrichtung erfolgt folgendermaßen: Nach Anbringung
des Werkstückes wird d'ie Stromstärke angenähert an dem Stromerzeuger eingestellt,
und der Spannungsteiler Vs wird. auf die vorgesehene Einstellung y eingestellt.
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Es ist auch möglich, das Schweißkabel einfach durch einen Magnetkreis
zu führen, dessen durch den Schweißstrom bewirkte Sättigung eine zu der Schweißstromstärke
proportionale Spannung bestimmt.
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Diese Spannung wird zur Regelung der Ge@schwindigkeit des Motors M2
benutzt, welcher entweder die Umdrehung des Werkstücks gemäß Fig. 1 und 2 oder die
Längsbewegung des den Elektrodenhal.ter tragenden Schlittens gemäß Fig. 14 bewirken
kann, falls das Werkstück fest steht und der Elektrodenhalter an einem beweglichen
Schlitten befestigt ist.
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Die von der gleichstromvormagnetisierten Drossel TR gelieferte zu
der Schweißstromstärke proportionale Spannung kann auch zur Regelung der Geschwindigkeit
.des Motors M4 (Fig. 1) für den Vorschub des Zusatzdrahtes dienen. Hieraus ergibt
sich, daß die dem Schmelzbad zugeführte Menge an Zusatzdraht unabhängig von den
Schwankungen oder den Ungenauigkeiten der Stromstärkenregelung des S@trornerzeugers
proportional der Stromstärke wird. Es wird ,veiter unten bei BesDrechunz der Fiz.
15. 16 und: 17 untersucht, wie diese selbsttätige Regelung ausgenutzt wird, um eine
konstante Einbrandtiefe der Schweißnaht zu erhalten.
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Wie bereits ausgeführt, kann der Spannungsteiler Vs durch einen regelbaren
Spannungswandler ersetzt werden, welcher den Vorteil eines größeren Regelbereichs
bietet. Es ist ferner zu bemerken, daß unabhängig von der Regelstellung des Spannungsteilers
oder regelbaren Spannungswandlers Vs die gleichstromvormagnetisierte Drossel oder
der Stromwandler so ausgeführt sein muß, daß die seine Ausgangsspannung in Abhängigkeit
von der Schweißstromstärke darstellende Kurve geradlinig ist und durch den Koordinaten-Nullpunkt
geht.
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Fig. 8 zeigt beispielshalber einen der Stromkreise zur Erniedrigung
der Impedanz (AZ, und AZ2 in Fig. 1) der Verbindung zwischen zwei Teilen, z. B.
zwischen zwei in Reihe geschalteten Spannungsteilern. Diese Vorrichtung enthält
zwei Trioden, welche beide als Kathodenverstärker arbeiten. Die an der Kathode der
ersten Triode auftretende Spannung ist an das Gitter der zweiten angelegt, und die
Ausgangsspannung
wird -an der Kathode der zweiten Triode abgenommen.
Die Vorrichtung besitzt so einen Eingang mit hoher Impedanz und einen Ausgang mit
niedriger Impedanz, dessen Spannung genau den Änderungen der Eingangsspannung folgt.
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Fig. 9 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung für die
Aufrechterhaltung einer konstanten Geschwindigkeit des Schmelzbades. Hierbei ist
an eine verhältnismäßig einfache Anwendung gedacht, nämlich die Schweißung einer
kreisförmigen. Naht. Das Werkstück P mit dem Halbmesser r dreht sich um seinen-Mittelpunkt
0. Um nacheinander Werkstücke mit verschiedenen Halbmessern schweißen zu können,
ohne die Einstellungen der Maschine zu verändern, ist diese so ausgebildet, daß
sie ihre Einstellung von selbst den Verhältnnssen anpaßt. Hierfür treibt der Elektrodenhalter
2, welcher an seinem Halter so geführt ist, daß er sieh dem Werkstück normal zu
seiner Oberfläche nähern oder von diesem entfernen kann, den Sohieber eines Spannungsteilers
R an, welcher in den Steuerstromkreis des Motors M2 für die Drehung des Schweißstückes
P um seine Achse eingeschaltet ist. Dieser Spannungsteiler R ist mit einem zweiten
Spannungsteiler TVs im Reihe geschaltet, mit welchem die Bedienungsperson ein für
allemal zu Beginn einer Reihe von Schweißvorgängen die aufrechtzuerhaltende Geschwindigkeit
einstellen kann. Dieser Spannungsteiler Vs wird zweckmäßig durch den Spannungsteiler
Vs der Fng. 1 gebildet, welcher an den Ausgang der gleichstromvormagnetisierten
Drossel geschaltet ist, so daß die Schweißgeschwindigkeit gleichzeitig durch die
Schweißstromstärke und die Veränderungen des Halbmessers der Schweißnaht gesteuert
wird. Da diese Schweißgeschwindigkeit durch das Produkt aus der Winkelgeschwindigkeit
w und dem Halbmesser definiert ist, ist die Kurve des Spannungsteilers R so berechnet,
daß das Produkt oiR konstant .gehalten wird, indem a) umgekehrt proportional zu
R verändert wird. Dieses Ergebnis wird dadurch erhalten, daß dieser Spannungsteiler
eine hyperbolische Kurve erhält, welche ihm gestattet, eine Ausgangsspannung zu
liefern, die bei ihrer Anlegung nach Verstärkung an die Klemmen des Ankers des Motors
M2 diese Geschwindigkeit so verändert, daß die Tangentialges chwindigkeit a)R des
Werkstückes bei einer Änderung von R konstant bleibt. Wenn bei einem konkreten Beispiel
angenommen wird, daß der kleinste Halbmesser 10 cm und der größte Halbmesser 35
cm beträgt, wobei der Gesamtwiderstand des Spannungsteilers R z. B. 30 000 Ohm beträgt,
so ruß für den kleinsten Halbmesser von 10! cm die Drehgeschwindigkeit am größten
sein, so daß hier der Spannungsteiler seinen größten Widerstand haben ruß, nämlich
30 000 Ohm.
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Für den Halbmesser von 35 cm müssen die Drehgeschwindigkeit sowie
der Widerstand am kleinsten sein, wofür man erhält
Für einen Halbmesser von 20 cm erhält man
Dieses Beispiel zeigt, daß die Erfindung durch elektrische Mittel eine Vorrichtung
verwirklicht, welche mit einem mechanischen Differential vergleichbar ist und wie
dieses die Summe von zwei Geschwindigkeiten konstant halten kann. Man sieht in Fig.
10 und 11, wie die Erfindung dank der Benutzung von an sich sehr einfachen elektronischen
Stromkreisen die Vervielfachung der Parameter ermöglicht, welche ebenso viele skalare
Größen bilden, welche Geschwim, digkeitsvektoren darstellen, bei welchen der Modul
der konstanten Summe im Abhängigkeit von einem von ihnen gesucht wird.
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Es sei zunächst das Geschwindigkeitsdiagramm der Fig. 10 betrachtet.
Bei P ist das Werkstück mit einem beliebigen ebenen Profil dargestellt, welches
sich um einen beliebigen Punkt 0 dreht. Bei Betrachtung eines beliebigen Punktes
A auf dem Umfang dieses Schweißstückes sieht man, daß die resultierende Gesc'hwind'igkeit
V dieses Punktes bei der Drehung des Schweißstückes um 0 in zwei Vektoren zerlegt,
werden kann, nämlich einen radialen Vektor Vr längs. des Halbmessers 0A und einen
zu dem Halbmesser. OA senkrechten Umfangsvektor Vc. Der resultierende ZTektor V
bildet mit dem Vektor Vc einen Winkel a. Das Lot NA auf dem resultierenden
Vektor V bildet mit dem radialen Vektor Vr ebenfalls den Winkel a: Es sei jetzt
angenommen, daß der gleitende Haäter des Elektrodenhalters 2 in der Verlängerung
des Halbmessers 0A liegt und daß der Elektrodenhalter an diesem Halter um eine zu
der Zeichenebene senkrechte und durch A gehende Achse schwenkbar ist.
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Man sieht dann, daß, wenn die Aufwärts- . und Abwärtsbewegung des
Elektroden,halters durch einen z. B. von einem Thyratronregelsc'hrank gespeisten
Motor gesteuert wird, die Drehgeschwindigkeit di!wes Motors und somit die durch
den Vektor Vr. dargestellte Aufwärts- und Abwärtsgeschwindigkeit des Elektrodenh.alters
zu der Ankerspannung proportional ist. Bei Vr = TI sin a ist sin a proportional
zu der Ankerspannung. Weiter unten wird erläutert, wie diese Beziehung gleichzeitig
für die Bestimmung einer konstanten resultierenden Geschwindigkeit des Schmelzbades
und zur Aufrechterhaltung eines konstanten Wertes des Winkels a benutzt wird.
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Es sei zunächst der Fall einer Sehweißung eines Umdrehungskörpers
gemäß Fi.g. 9 betrachtet. Es war bereits ausgeführt worden, daß ein erster Spannungsteilen
Vs die Wahl der aufrechtzuerhaltenden Geschwindigkeit gestattet und daß ein
zweiter, an. die Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Elektroelen.-halte.rs gebundener
Spannungsteiler R die Steuerspannung des das Schweißstück antreibenden Motors M9
so berichtigt, daß eine konstante Umfangsgeschwindigkeit erhalten wird. Diese konstante
Umfangsgeschwindigkeit -ist - in Fig. 10 durch den Vektor he dargestellt.
Zur selbsttätigen Aufrechterhaltung einer konstanten resultierenden Geschwindigkeit
an der Oberfläche eines nicht kreisförmigen Werkstückes mit beliebigem Profil wird
außerdem eine Berichtigung von Vc vorgenommen, um die resultierende Geschwindigkeit
V zu erhalten, welche mit Vc durch die Gleichung
zusammen.-hängt.
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Hierfür wird die Ausgaingsspannung des Spannungsteilers R, welche
zu der Verstellung des Schweißkopfes in der Verlängerung des Halbmessers 0A proportional
ist, da ja der Schieber dieses Spannungsteilers durch die Aufwärts- und Abwärtsbewegung
des Schweißkopfes angetrieben wird; an einen zweiten Spannungsteiler ca gelegt,
welcher der Winkelberichtigungsspannungsteiler ist. Der Schieber
dieses
Spannungsteilers ist an 'die Schwenkbewegung des Elektro,d'enhalters gebunden. In
Fig. 2 sieht man, daß er z. B. durch die waagerechte Welle des schräg stellbaren
Halters des Elektrodenhalters angetrieben werden kann. Zur Vergrößerung der Eins.tellgen.auigkeit
ist ein Übersetzungsgetriebe eingeschaltet. Die Wicklung des Spannungsteilers ca
hat einen solchen Widerstand, daß der Quotient der die Vektoren hc bzw. Tl messenden
Spannungen, welche Motorgeschwindigkeiten entsprechen, gleich cos a ist. Dieser
Spannungsteiler muß somit der Gleichung genügen.
Für einen gegebenen Wert von Vc besteht zwischen h und a (oder zwischen dem
Widerstand R a der Spannungsteiler und a) eine Beziehung, welche eine parabelförmige
Kurve ergibt, welche in bezug auf die Achse der Ra symmetrisch ist.
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Infolgedessen wird die Ausgangsspannung des ersten Spannungsteilers
R an den Mittelpunkt der Wicklung des Spannungsteilers ca angelegt, welcher svmmetrische
Widerstandswerte beiderseits dieses Punktes besitzt, welcher grundsätzlich der lotrechten
Stellung des Elektrodenhalters entspricht.
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Es war ausgeführt worden, daß der die Aufwärts-und Abwärtsgeschwindigkeit
des Elektrodenhalters darstellende Vektor Vr der Fig. 10 gleich V sin a ist.
Unter der Annahme, daß TI konstant ist, wie dies beim Arbeiten der Maschine der
Fall ist, sind TVr und sin a proportionale Größen, und' man erhält eine zu sin a
proportionale Spannung an den Klemmen des Ankers des Motors Ml für die Aufwärts-
und Abwärtsbewegung. Gemäß der Erfindung wird diese Spannung benutzt, um den Elektrodenhalter
beständig senkrecht zu der Oberfläche des Schweißstückes und somit zu dem Schweißbad
zu halten. Hierfür wird diese Ankerspannung an einen Differentialverstärker
AD 2 (Fig. 1) angelegt, welcher außerdem die Ausgangsspannung eines Winkelstellungsspannungstei:lers
p a erhält, dessen Schieber an die Schwenkbewegung des Elektrodenhalters gebunden
ist.
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An den Eingang dieses Winkelstellungsspannungsteilers wird eine zu
der Schweißstromstärke sowie zu der resultierenden Schweißgeschwindigkeit V
pro-
portionale Spannung angelegt, um die Winkelberichtigung unabhängig von
diesen beiden Faktoren zu machen. Die Ausgangsspannung des Verstärkers
AD,
wird an den Schrank Tg zur Regelung der Geschwindigkeit des Verschwenkmotors
M3 angelegt. Das Ge= samtsc'hema der Fig. 1 zeigt deutlich die gegenseitige Verbindung
dieser verschiedenen Teile.
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Fig. 12 und 13 zeigen, wie die zur Aufrechterhaltung der konstanten
Geschwindigkeit des Schmelzbades und eines konstanten Winkels zwischen dem Elektrodenhalter
und dem Schmelzbad angewandten Grundsätze erfindungsgemäß bei einer Schwei:ßung
längs einer verwundenen Linie angewandt werden.
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Das Schaubild der Fi:g. 12 zeigt ein Werkstück P beliebiger Form,
welches, sich um eine feste Achse XX' dreht, wobei die Schweißung längs einer verwundenen
Linie G erfolgen soll. Wenn man einen Punkt A dieser Linie betrachtet, so ist die
Projektion dieses Punktes auf die Achse XX' ein Punkt O, welcher si,dh längs dieser
Achse verschiebt. Die Augenblicksgeschwindigkeit W des Punktes A kann nach drei
Vektoren zerlegt werden, nämlich zwei Vektoren Vr und Vc in einer zu der
Achse XX' senkrechten Ebene und einen zu dieser Achse parallelen, dritten Vektor
V3. Die beiden Vektoren Vr und Vc setzen sich zu der resultierenden Teilgeschwindigkeit
TV zusammen. Man sieht, daß für den Winkel ß zwi'sc'hen der Geschwindigkeit W und
der Teilgeschwindigkeit h gilt
Erfindungsgemäß ist ein zusätzlicher Spannungsteiler cß (Fig. 13) vorgesehen, dessen
Schieber selbsttätig durch den Winkel ß betätigt wird und dessen Wicklung so berechnet
ist, daß man erhält
Das Prinzip ist genau das gleiche wie das bereits in der Ebene der Vektoren Vr und
Vc zur Winkelberichtigung durch den Spannungsteiler ca angewandte. Es muß jedoch
noch in jedem Zeitpunkt die dritte Koordinate des Punktes A nach Kenntnis der beiden
anderen bestimmt werden. Hierfür kann z. B. eine mechanische Vorrichtung mit Taster
und Nocken oder eine magnetische Abtastvorrichtung benutzt werden, welche die Verwindung
der Schweißlinie mißt, welche man über einen Motor mit einer zu seiner Ankerspannung
proportionalen Geschwindigkeit zur Einwirkung bringt.
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Fig. 14 zeigt schematisch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Maschine, bei welcher das Werkstück P feststeht, während der Elektrodenhalter 2
an einem auf einer Fahrbahn 18 verfahrbaren Schlitten 17 angebracht vst. Das Werkstück
P soll längs einer beliebigen, in einer zu der Fahrbahn 18 parallelen lotrechten
Ebene liegenden Linie geschweißt `verden. Die Aufgabe läuft auf die gleiche hinaus
wie die anläßlich der Fig. 10 und 12 oben untersuchte. Wenn man den Punkt A betrachtet,
an welchem die Schweißurig in einem bestimmten Augenblick erfolgt, ist die Tangentialgesc'hwindigkeit
V die Summe der waagerechten Längsgeschwindigkeit des Schlittens Vt und der Normalgeschwind.i;gkeit
Via, d. h, die Aufwärts- und Abwärtsgeschwindigkeit des Elektrodenhalters zur Verfolgung
der Schweißlinie. Wenn a der Winkel zwischen V und Vt ist, so gilt offenbar
Da die Maschine, wie bereits angegeben, mit einer Vorrichtung zur Ko-nstanthaltung
der Bogenspannung und somit der Bogenlänge verseben ist, treibt der Motor Ml zur
Aufwärts- und Abwärtsbewegung des Schweißkopfes wie oben einen Spannungsteiler R
an, welcher eine zu dem Vektor Vn proportionale Spannung liefert. Diese Spannung
wird zur Regelurig der Geschwindigkeit des Längsbewegungsmoto:rs M2 benutzt, während
ein Winkelberichtigungsspannungsteiler c a, welcher wie bei dem vorhergehenden
Beispiel an die Verschwerikbewegung des Elektrodernhalters gebunden ist, die gewünschte
Berichtigung in Abhängigkeit von dieser Bewegung einführt, die durch den Motor M3
und seinen Steuerstromkreis bestimmt wird, welcher auf Fig. 14 nicht dargestellt
ist, da er vorher bereits beschrieben wurde. Die elektrische Schaltung entspricht
daher vollkommen der der Fig. 11, und die Arbeitsweisen sind in jeder Hinsicht vergleichbar,
wobei nur der Unterschied besteht, daß der Motor M2 zum Verfahren des Schlittens
dient, anstatt das Werkstück in Umdrehung zu versetzen.
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Es sei jetzt insbesondere an Hand der Fig. 15, 16 und 17 die Aufgabe
der Schweißurig mit konstanter
Einbrandtiefe und die erfindungsgemäße
Lösung dieser Aufgabe betrachtet. An Hand der Fig. 7 war bereits ausgeführt worden,
daß die erfindungsgemäße Maschine mit einer neuen Vorrichtung versehen ist, welche
eine konstante Beziehung zwischen der Schweißgeschwindigkeit und der Schweißstromstärke
herstellt. Auf dieser Vorrichtung beruht die Schweißeng mit konstanter Einbrandtiefe.
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Bekanntlich ist es bei der selbsttätigen Schweißeng mit nicht abschmelzender
Elektrode und Zusatzdraht wünschenswert, daß die zu verschweißenden Blechränder
,genau aufeinander passen. Das Aussehen und die Güte der Schweißraupe hängen von
der Vorbereitung der Ränder ab. An den Stellen, an welchen diese zu weit auseinanderstehen,
tritt ein Loch in dem Schweißbad und somit eine Unterbrechung auf. Wenn sie dagegen
zu dicht beieinanderliegen, wird die Schweißraupe infolge des übermäßigen Metallauftrags
ballig.
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Die Anmelderun hat sich die Aufgabe gestellt, die zur Schmelzung der
Ränder erforderliche Energie und die zur Schmelzung des Zusatzdrahtes erforderliche
Energie getrennt zu ermitteln, und ist hierbei zu den beiden folgenden Annahmen
gekommen: 1. Die Schweißenergie je Längeneinheit ist der Schweißstromstärke direkt
und der Schweißgeschwindigkeit umgekehrt proportional. Das Verhältnis zwischen der
Schweißstromstärke und der Schweißgeschwindigkeit ergibt daher eine gute Darstellung
der Energie je Längeneinheit, und die Erhöhung dieser Energie kann dadurch erhalten
werden, daß die Geschwindigkeit umgekehrt proportional verändert wird.
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2. Aus. den gleichen Gründen kann angenommen werden, daß die Schmelzgeschwindigkeit
des Zusatzdrahtes und die zur Schmelzung desselben erforderliche Energie direkt
einander proportionale Werte sind. Es kann ferner angenommen %verden, daß diese
Energie je Längeneinheit der Schweißstromstärke proportional und der Schweißgeschwindigkeit
umgekehrt proportional ist. Dies führt zu der Annähme, daß die Zufuh.rgeschwindi.gkeit
des Zusatzdrahtes und die Schweißgeschwindigkeit einander umgekehrt proportionale
Werte sind.
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Die graphische Darstellung dieses Prinzips ist auf dem Schaubild der
Fig. 15 gezeigt. Auf der Abszissenachse ist die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes
und auf der Ordinatenächse die Geschwindigkeit des Schlittens aufgetragen: Für die
Geschwindigkeit Null des Drahtes hat die Geschwindigkeit des Schlittens ihren höchsten
Wert Vc, während die Vorschu@.bgeschwindigkeit des Drahtes für die Geschwindigkeit
Null des Schlittens ihren Höchstwert V f hat.
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Die Gleichung der Verbindungsgraden dieser beulen Punkte ist Vc
- x+Vf - y-Tlf - Tlc=0. Ein Betriebspunkt mit den Koordinaten
x und y ist bei A dargestellt, wobei x die Vorschubgeschwindigkeit des Drahtes und
y die des Schlittens in diesem Punkt bedeutet.
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Nach Wahl von Vc, Tl f und x erhält man selbsttätig
y.
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Die in Fi.g. 16 und 17 dargestellte praktische Ausführung ist folgende:
Der Schlitten und der Mechanismus für den Vorschub des Drahtes werden von den Motoren
M2 bzw. M4 angetrieben, welche durch elektronlische Schränke gesteuert werden und
deren Drehgeschwindigkeiten zu ihrer Ankerspannung unmittelbar proportional sind.
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Die Werte Vc, V f, x und y können daher
bis auf einen Koeffizienten Steuerspannungen darstellen: Man wählt die Spannung
Vc, welche der Geschwindigkeit des Schlittens zur Vornahme einer bestimmten Schweißurig
ohne Zusatzdraht mit einer Stromstärke I entspricht, und die durch P3 regelbare
Spannung Vf, weiche die Zufu'hrgeschwindigkeit des Drahtes darstellt, bei welcher
dieser beider gleichen Stromstärke I vollständig geschmolzen werden kann.
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Es werden zwei Spannungsteiler P, und P2 vorgesehen, welche
mechanisch so miteinander verbunden sind, daß sie die gleiche Bewegung ausführen.
wobei sie außerdem linear und so ausgebildet sind, daß bei Einstellung von P1 auf
y = TVc P2 für x eine Spannung Null ergibt, und umgekehrt.
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Hieraus ergibt sich, daß man bei gemeinsamer Veränderung von P1 und
P2 verschiedene Punkt#e-A der Kurve einstellt, so daß man unter den obigen Annahmen
»mit konstanter Einbrandtiefe« arbeitet.
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Die Maschine ist mit einem durch den elektronischen Schrank T2 gesteuerten
Schlitten 17 mit Selbstantrieb versehen.
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Dieser Schlitten trägt .den Elektrodenhalter 2 mit einer nicht abschmelzenden
Elektrode E. Der Zusatzdraht wird von dem durch den Sehrank T4 gesteuertem Motor
M4 in die Nähe des Bogens gebracht. Die Sehränke T2 und T4 sind mit der Schalttafel
28 verbunden, welche die Regelung hf und die Regelung deis Drahtvorschubs enthält.
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Die Bedienungsperson stellt den Knopf »Drahtvorschub« auf einen beliebigen
Wert ein und regelt.;Vf so, daß der Einbrand wie bei dem vorhergehenden Fall (Drahtvorschub
Null) erfolgt, und berührt dann den Knopf V f nicht mehr. Sie kann dann ohne
werteres den Knopf »D-rahtvorschub« bedarfsgemäß verstellen.
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Diese Vorgänge können noch dadurch erleichtert werden, daß man selbsttätig
I'c durch die anläßlieh der Fig. 7 beschriebene Vorrichtung bestimmt, welche eine
konstante Beziehung zwischen der Schweißgeschwindigkeit und der Schweißstromstärke
aufrechterhält. Die Einstellung wird in diesem Fall von der Stromstärke unabhängig,
und die Schalttafel 28 (Fig. 17) wird dann einfach entsprechend den Abmessengen
und der Art des Zusatzdrahtes geeicht.
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In Fig. 1 ist die Vorrichtung zur Herstellung der konstanten Einbrandtiefe
durch das Bezugszeichen PC dargestellt, welches die unmittelbare mechanische Verbindung
zwischen den Schiebern der beiden Spannungsteiler Vs und Vf bezeichnet. Hierdurch
wird die Einfachheit der erfindungsgemäßen Lösung der Aufgabe der Schweißeng mit
konstanter Einhrandtiefe deutlich, da hieraus hervorgeht, daß diese Lösung schließlich
auf der einfachen Kupplung von zwei Spannungsteilern auf die obige Weise
beruht.
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Fig. 18 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Maschine
bei ihrer Anwendung zur Aufrechterhaltung der waagerechten Lage des Schmelzbades.
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Der den Elektrodenhalter 2 tragende Schweißkopf ist ortsfest, während
das Werkstück P um zwei Achsen XX' und YY' drehbar ist. Die Achse XX' ist die eigentliche
Drehachse des Werkstückes, während die Achse YY im Raum feststeht und durch das
Schmelzbad geht. Die Lage der Achse XX' gegenüber der festen Achse YY' sowie der
Abstand von dieser sind so veränderlich, daß erstens mittels einer den Abstand XX'-YY'
verändernden Vorrichtung die Bogenlänge konstant gehalten wird und zweitens das
Schmelzbad
mittels einer die Lage der Achse XX' gegenüber der Achse YY' verändernden Vorrichtung
stets waagerecht gehalten wird.
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In der Zeichnung ist die feste Achse YY' durch einen Schwenkzapfen
30 verwirklicht, auf welchem sich ein Arm 31 dreht. Auf diesem Arm verstellt sieh
ein Schlitten 32, welcher eine zu dem festen Schwenkzapfen 30 parallele Achse 33
trägt. Diese Achse 33 bildet die Drehachse XX' des. Werkstücks. Ein von dem Arm
31 getragener Motor M1 verstellt den Schlitten längs des Arms, während ein Motor
M2 die Achse 33 verdreht und somit die Drehung des Werkstücks um die Achse XX' bewirkt.
Ein in der Nähe des Schwenkzapfens 30 befestigter dritter Motor M3 verdreht den
Arm 31 an dem Schwenkzapfen 30.
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Offenbar sind die verschiedenen Aufgaben der Motoren M1, M2 und M3
die gleichen wie die, welche von diesen Motoren bereits bei dem Beispiel des Schemas
der Fig. 1 erfüllt werden, so daß diese Motoren durch die gleichen Stromkreise wie
oben gesteuert werden können.
-
Die in Fig. 18 dargestellte mechanische Ausführung dient nur als Beispiel,
und der Mechanismus wird vorzugsweise symmetrisch ausgeführt, d. h., auf der rechten
Seite des Werkstücks wird ein zweiter zu dem Arm 31 symmetrischer Arm angeordnet,
dessen Drehung und Längenänderung synchron mit diesem erfolgen. Gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform steuert der Motor M3 die Längenänderung der ausziehbaren Arme mit
Hilfe von in diese eingebauten hydraulischen Druckböcken.
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Die obigen Beispiele haben gezeigt, daß die erfindungsgemäße Maschine
für die verschiedensten Anwendungen benutzt werden kann. Diese sind dadurch ermöglicht
worden, daß der Bogen selbst infolge seiner selbsttätigen Spannungsregelung als
Taster wirkt, welcher in jedem Augenblick die Stellung des Elektrodenhalters und
seine Aufwärts- und Abwärtsgeschwindigkeit bestimmt. Die Einstellung der drei Skalen
des auf Fi:g.2 dargestellten Steuerpults. zur Steuerung
bestimmt alle Betriebsbedingungen des selbsttätigen Arbeitens, so d.aß keine Nachstellung
vorzunehmen ist. Die Druckknöpfe unten und rechts an dem Pult zur Steuerung der
Motoren M1 bis M4 von Hand werden bei Zündung des Bogens selbsttätig außer Betrieb
gesetzt. Es ist möglich und zweckmäßig, der Bedienungsperson eine Einstelltabelle
mit mehreren Kolonnen zu geben, welche für jede Dicke des Werkstücks die empfehlenswerten
Werte der Bogenspannung, der Schweißgeschwindigkeit und der Drahtgeschwindigkeit
angibt.
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Die Zündung des Bogens löst vollkommen selbsttätig folgendes Arbeitsspiel
aus Vorheizung des Schmelzbades, welche die Stabilisierung des Bogens abzuwarten
gestattet; Inbetriebsetzung der selbsttätigen Vorgänge zur Verstellung des Schweißstückes
und für den Vorschub des Zusatzdrahtes; Regelung der Bogenlänge, deren verzögerte
Auslös-ung gestattet abzuwarten, bis der Bogen auf eine neu erreichte Zone kommt,
deren Emiss.i.onsvermägen. abgenommen hat, und nicht auf eine vorgeheizte Zone;
Schwenkbewegung des Einstellarmes, .deren verzögerte Auslösung die Stabilisierung
der Bogenlänge abzuwarten gestattet.
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Dieses gesamte Arbeitsspiel dauert nicht länger als 2 bis 3 Sekunden.
Die dem Erlöschen des Bogens vorausgehende Stillsetzung des Zusatzdrahtes steuert
die Abstellung des gesamten selbsttätigen Vorganges. Hierdurch wird vermieden, daß
am Ende des Vorganges das Ende des Zusatzdrahtes an dem Schmelzbad klebt.
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Da die Stabilität des Bogens eine große Bedeutung für die selbsttätige
Regelung der Bogenlänge hat, welche ihrerseits die anderen Vorgänge steuert, ist
es bei einer Wechselstromschweißung mit Argon zweckmäßig, eine mit der Speisung
in Reihe geschaltete Kondensatorenbatterie zu benutzen. Die Wahl der Elektroden
ist ebenfalls wichtig, und für das Schweißen in Argon mit Gleichstrom wird zweckmäßig
eine Elektrode aus thoriertem Wolfram gewählt. Bei dem heutigen Stand der Technik
kann übrigens bequem eine Stabilität des Bogens erreicht werden, welche für das
richtige Arbeiten der erfindungsgemäßen Maschine ausreicht.
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Der Benutzer tut ferner gut daran, einen sorgfältig ausgeführten Werkstückhalter
zu benutzen, welcher für seine Aufgabe geeignet ist, die darin besteht, die thermische
Verformung der Ränder der Schweißfuge, die Oxydierung der Rückseite der Schweißraupe
und das Zusammensacken des Schmelzbades zu verhindern.
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Von den Vorteilen der Erfindung können folgende angeführt werden 1.
Die Schnelligkeit der Inbetriebsetzung, welche gestattet, ohne Zeitverlust von einer
begrenzten Arbeit zu einer Serienarbeit überzugehen; die Erfindung ist hierfür besonders
vorteilhaft, da es genügt, drei Skalen, einen Umschalter und den Schweißstrom angenähert
einzustellen; 2. die zeitliche Aufrechterhaltung der Genauigkeit der Einstellungen
infolge der reichlichen Benutzung von elektronischen Teilen, bei welchen kein Spiel
auftritt; 3. der Schwenkarm vollführt mit Genauigkeit, was bisher die besten Handschweißer
mehr oder weniger nach Gutdünken herzustellen versuchten, nämlich die Aufrechterhaltung
der Konstanz der Energie je Zentimeter Naht, die gleichmäßige Zufuhr des Zusatzdrahtes
und die Aufrechterhaltung eines konstanten Winkels zwischen dem Elektrodenhalter
und dein Werkstück.
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Schließlich ist zu erwähnen, daß die Hauptkennzeichen der Erfindung,
weiche hier im wesentlichen bei ihrer Anwendung auf die Schweißung in Argon mit
nicht abschmelzender Elektrode und Zusatzdraht untersucht wurden, auch, wie dies.
für den Schweißfachmann ohne weiteres klar ist, für Schweißvorgänge in' Argon mit
abschmelzender Elektrode und für die Unter-Pulver-Schweißung anwendbar sind. Gewisse
Kennzeichen, insbesondere das Kennzeichen, welches darin besteht, die Ankerspannung
des Hubmotors zu benutzen, um die Bewegungen des von diesem Motor angetriebenen
Gliedes in eine elektrische Größe zu verwandeln, können auch auf anderen Gebieten
als der Sehweißung angewandt werden, insbesondere bei Werkzeugmaschinen. Die Aufgabe
des Tasters, welche bei den obigen Beispielen von dem Lichtbogen erfüllt wird, kann
nämlich gegebenenfalls durch einen mechanischen Taster, einen kapazitiven Kopf oder
eine
entsprechende andere Meßvorrichtung erfüllt werden.