DE1070310B - Schalltanordnung zur automatischen Lichtbogenschweißung mit einem der Werkstückoberfläche selbsttätig folgenden Vorschubgerät für die Elektrodenhalterung - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für die automatische Lichtbogenschweißung mit einem dem Profil der Werkstückoberfläche selbsttätig folgenden Verstellgerät für die Elektrodenhalterung, unter Verwendung einer einstellbaren Vergleichsspannung oder eines Vergleichsstromes, entsprechend dem Sollwert der Lichtbogenspannung oder des Lichtbogenstromes, "Die Elektrode wird z. B. von "einem· fest angebrachten Schweißkopf getragen, und das Werkstück ist auf einem Drehtisch angebracht; bei anderen Ausrüstungen ist das Werkstück fest angebracht und die Elektrode wird auf einem Wagen getragen, der sich längs der beabsichtigten Schweißnaht bewegt.

Die Lichtbogenlänge muß konstant gehalten werden, damit die bestmöglichen Schweißbedingungen erhalten bleiben. Manche selbsttätigen Lichtbogenschweißgeräte benutzen eine nicht abschmelzende Elektrode. Die Elektrodenhalterung muß dann nach unten oder nach oben bewegt werden, wenn ein Werkstück mit einer unregelmäßigen, gewölbten oder ansteigenden Oberfläche an dem Brenner vorbeigeführt wird. Eine zusätzliche Bewegung der Elektrodenhalterung ist zur Herbeiführung der Zündung erforderlich. Andere selbsttätige Geräte arbeiten mit einer abschmelzenden Elektrode und sorgen für eine Aufrechterhaltung der gewünschten Lichtbogenlänge durch Änderung der Zuführgeschwindigkeit der Elektrode. Das Schweißen eines Werkstückes mit unregelmäßiger Oberfläche hat dann zur Folge, daß die Elektrode mehr oder weniger aus der Halterung herausragt, was ebenfalls zu unerwünschten Änderungen der Schweißbedingungen führt, falls nicht eine Bewegung der Halterung vorgesehen ist.

Es ist bekannt, die geschilderte Aufgabenstellung wenigstens zum Teil durch Röhrensteuerungen oder durch Magnetverstärker zu lösen, welche die auftretenden Spannungen oder Ströme verstärken und Verstellvorgänge herbeiführen. Bei der Erfindung werden Röhrensteuerungen vermieden, und die Elektrodenhalterung wird zwangläufig derart beeinflußt, daß sie nicht nur in bekannter Weise eine Bewegung entsprechend dem stetigen Schweiß Vorgang ausführt, sondern auch die am Ende und Anfang einer Schweißnaht und unter veränderlichen Schweißbedingungen verlangten Bewegungen. Die Erfindung besteht darin, daß das Verstellgerät in an sich bekannter Weise über ,Magnetverstärker betätigt wird, deren Arbeitspunkt "abhängt bei nicht abschmelzender Elektrode in bekannter Weise von der dem Abstand proportionalen Spannung bzw. dem Strom zwischen Elektrodenhalterung und Werkstück oder bei mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit abschmelzender Elektrode von der Spannung bzw. dem Strom, oder Schaltanordnung '

zur automatischen Lichtbogenschweißung mit einem der Werkstückoberfläche

selbsttätig folgenden Vorschubgerät

für die Elektrodenhalterung

Anmelder: Dipl.-Ing. Franz Hirschmann, London

Vertreter; Dr. Dr. Raue und Dr. Pietsch, Rechtsanwälte, Essen, Kettwiger Str. 2 *

Dipl.-Ing. Franz Hirschmann, London, ist als Erfinder genannt worden

bei unter Konstantspannung abschmelzender Elektrode \rpn der Geschwindigkeit, und in allen Fällen noch zusätzlich von Programmwerten, welche die Änderung des Sollwertes^ der Spannung bzw. des Stromes zwischen Elektrodenhalterung und Werkstück während des Verlaufes der Schweißung bestimmen.

Vorteilhafterweise erfolgt bei unter Konstantspannung abschmelzender Elektrode die Abstandssteuerung mittels einer der Vorschubgeschwindigkeit. . proportionalen Steuerspannung, die beispielsweise von einem Tachometerdynamp erzeugt- oder von der Rotorspannuiig des Vorschubmotors abgeleitet wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Schaltanordnung gemäß der Erfindung werden zwei Gruppen von Magnetverstärkern vorgesehen, die durch die positive und negative Differenz der Regelspannung von einem vorgegebenen Wert sowie durch die zusätzlichen Spannungen oder Lasten beeinflußt werden. Der Regelspannungsquelle wird zweckmäßig ein AViderstand parallel geschaltet, dessen Wert hoch ist im Vergleich zu ihrem inneren Widerstand, derart, daß in an sich bekannter Weise die Halterung beim Ausbleiben der Lichtbogenspannung sich von dem Werkstück wegbewegt. Als mit der Regelspannungsquelle in bekannter Weise in Reihe geschalteter Widerstand kann ein mit der Belastung sich vergrößernder Widerstand von der Art einer Metallfadenlampe verwendet werden. Durch programmartige Änderung der in bekannter Weise mit der Regelspannung in Reihe geschalteten Vergleichsspannung kann die Lichtbog«nlänge an bestimmten Schweißnaht-

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strecken verändert werden, wobei zugleich au6h die . Die Steuerwicklungen 152, 162, 172 und _V182 sind Stromstärke: geändert werden kann. Ferner können miteinander in Reihe geschaltet und auch in Reihe durch vom Schweißkopf während seiner Längsbewe- mit dem einstellbaren Widerstand 24 und den Kongung. gesteuerte Kontakte vorgesehen sein, welche die takten des Relais 25 in einem Stromkreis, dessen Bogenlänge Und/oder Schweißstromstärke am Naht- 5 Strom bestimmt ist durch die Differenz der Spanar/fang und/oder -ende selbsttätig verändern. Der nung zwischen der Elektrodenhalterung 4 und dem Parallelwiderstand kann ganz oder zum Teil durch Werkstück 2 einerseits und einer konstanten Verdie Wicklung eines Spannungsrelais dargestellt sein, gleichsspannung andererseits, die. an dem Potentiodäs den Reihenwiderstand einschaltet, wenn die meterwiderstand 20 eingestellt wird.
Halterungsspannung die Lichtbogenspannung über- io Der Potentiometerwiderstand 20 ist an die Gleichsteigt. Vorzugsweise wird die Anordnung so getrof- stromseite des Gleichrichters 21 angeschlossen, der fen, daß das Spannungsrelais die Bewegung der Elek- seine Wechselspannung über den Transformator 22 trodenhalterunglängs des Werkstückes beginnt und zusammen mit dem Transformator 14 vom Netz 23 beendet, wenn die Spannung zwischen Halterung und über den Schalter 26 erhält. Der Transformator 22 Werkstück einen vorgegebenen Wert unterschreitet 15 wird vorzugsweise als Stabilisierungsgerät ausgebil- oder übersteigt. Zwei Magnetverstärker in Parallel- det, z.B. in bekannter Weise mit einem gesättigten schaltung können wechselweise einen Reihenschluß- Nebenschluß und einem Kondensator, so daß die motor mit an sich bekannten entgegengesetzt wirken- Spannung am Potentiometer auch bei Schwankungen den zwei Feldwicklungen speisen. Die; Magnetver- der Netzspannung annähernd konstant bleibt. Die stärker tragen zweckmäßig Zusatzwicklungen, die 20 Wicklung des Relais 25 liegt, an der, Gleichspannungsdem Verstellmotor parallel geschaltet sind. Ferner seite des Schweißgleichrichters 3 über die Kontakte können den Ruhestrom der'Magnetverstärker unter- des doppelpoligen Schalters 34 und ist so gewählt, drückende Polarisationswicklungen und zwei Schalt- daß das Relais seine Kontakte geschlossen hält, sodruckknopfe vorgesehen sein, welche die Polarisa- lange die Spannung zwischen der'Elektrodenhaltetionswicklungen bzw. Arbeitswicklungen eines der 25 rung 4 und dem Werkstück 2 die üblichen Werte der Magnetverstärker wahlweise kurzschließen oder ein- Lichtbogenspannung nicht übersteigt. Das Relais schalten. Die Halterungsspannung und die Sollwert- öffnet seine Kontakte, wenn die Spannung auf die spannung können in einem Potentiometerkreis mit Leerlauf spannung des Gleichrichters 3 ansteigt. An den Steuerwicklungen der Magnetverstärker in Reihe die Kontakte des Relais 25 ist der belastungsabhängeschaltet sein. Die Halterungsspannung wird bei- 30 gige Widerstand 27 angeschlossen, der vorzugsweise spielsweise in an sich bekannter Art in eine Brücken- als Metallfadenlampe ausgebildet ist und daher auch schaltung eingeführt, die aus je zwei gegenüberlie- als Anzeigelampe dienen kann. Die Polarisationsgenden einstellbaren Stromkonstanten und zwei span- wicklungen 153, 163, 173 und 183 liegen in Reihe nungsbeeinflußten Widerständen besteht, und an miteinander über den Widerstand 28 an dem Gleichderen andere Diagonale die Steuerwicklungen der 35 richter 21. Zu je zwei Polarisationswicklungen 153, Magnetverstärker angeschlossen sind. Die Anordnung 163 und 173,183 und auch zu je zwei Steuerwickwird ferner vorzugsweise so getroffen, daß das Spanr lungen 152,162 und 173,183 sind vier Kondensanungsrelais die Zufuhr eines Zusatz-Schweißdrahtes toren 30 parallel geschaltet.

beginnt und beendet, wenn die Spannung zwischen Die Gleichstrompolarisationswicklungen und der Halterung und Werkstück einen vorzugebenden Wert 40 Widerstand 28 sind so gewählt und eingestellt, daß jjiitsrschreitet oder übersteigt. / der Ausgangsstrom der Magnetverstärker 10 und 11 ,; Ein Ausführungsbeispiel· der. Erfindung ist in der auf den Ruhewert herabgebracht wird, wenn durch ^Figur dargestellt. Der Lichtbogen, der durch die Vor- die Steuerwicklungen kein Strom fließt. Mit den richtung der Erfindung gesteuert werden soll, liegt Druckschaltern 31 und 32 können die Polarisationszwischen der Elektrode 1 und dem Werkstücke und 45 wicklungen 153 und 163 bzw. die Polarisationswickerhält seinen Strom von dem Schweißgerät-3. Dieses lungen 173 und 183 kurzgeschlossen werden.
Schweißgerät ist in der Figur als die Kombination Mit dem Anker 7 des Motors 5 ist das Solenoid eines veränderlichen _; Streuflußtransformators und eines Bremslüftmagneten 33 in Reihe geschaltet. Die eines Gleichrichters dargestellt. Die Elektrode 1 ist Feder der Bremse verhindert eine Bewegung des Moin der Halterung 4 eingespannt, die über ein Ge- 5° tors 5 so lange, wie der durch das Solenoid fließende triebe 6 von dem Motor 5 verstellt wird. Die Halte- Strom einen gewissen Wert nicht übersteigt. Dieser rung 4 mit der Elektrode 1 wird angehoben oder ab- Wert kann durch Änderung der Federspannung eingesenkt, je nach dem Drehsinn des Motors 5. gestellt werden, und er soll gleich oder vorzugsweise Der Motor 5 hat einen Anker 7 und-zwei im Gegen- größer sein als die Summe der Ruheströme, die dem sinn geschaltete Feldwicklungen 8 und 9. Anker und 55 Anker 7 durch die Magnetverstärker 10 und 11 zuge-Feldwicklungen erhalten ihren Strom von den Ma- führt werden, und ebenfalls gleich oder größer als der gnetverstärkern 10 und 11, die ihrerseits an die bei- Strom, der notwendig ist, um den Motor 5 unter den sekundären Wicklungen 12 und 13 des Trans- Belastung zum Anlauf zu bringen. Die Größe des formators 14 angeschlossen sind. durch das Solenoid fließenden Stromes und auch die Jeder der beiden Magnetverstärker 10 und 11 ent- 60 Arbeitsgeschwindigkeit des Motors 5 läßt sich durch hält vier Gleichrichter 19 und zwei gesättigte Drossel- den Widerstand 29 einstellen, der insbesondere auch spulen 15,16 bzw. 17, 18 mit den Lastwicklungen 151, die Anlaufzeit des Motors beeinflußt.
161, 171, 181, den Steuerwicklungen 152, 162, 172 Die Steuerwicklungen 152,162 und 172,182 sind und 182 und den Gleichstrompolarisationswicklungen so geschaltet, daß entsprechend der Richtung des 153, 163, 173 und 183. Die Lastwicklungen 151, 161, 65 durch sie fließenden Stromes sie entweder der Polari-171 und 181 bilden zusammen mit den Gleichrich- sationswirkung der Wicklungen 153 und 163 enttern 19 selbstsättigende Brückenschaltungen. Die Ma- gegenarbeiten und die Wirkung der Wicklungen 173 gnetverstärkef 10 und 11 sind parallel geschaltet in und 183 unterstützen, oder umgekehrt. Das erste tritt bezug auf den Anker 7 des Motors 5 und auf die bei- ein, wenn dk Lichtbogenspannung kleiner ist als die den Feldwicklungen 8 und 9. 70 an dem Potentiometer 20 eingestellte Spannung, d.h.

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wenn der Lichtbogen kürzer ist als beabsichtigt. Der zubewegen, bis der Lichtbogen gezündet wird. Die

Magnetverstärker 10 kommt zur Wirksamkeit und Spannung des Schweißgleichrichters 3 wird dann auf

erhöht den durch die Feldwicklung 8, den Anker 7 den Wert der Lichtbogenspannung abgesenkt, und

und das Solenoid 33 über den Widerstand 29 fließen- das Relais 25 schließt seine Kontakte mit dem Erfolg,

den Strom, worauf der Motor 5 die Elektrode 1 von 5 daß die Magnetverstärker 10 und 11 die Kontrolle

dem Werkstück 2 wegbewegt, die Lichtbogenlänge der Lichtbogenlänge mit ihrer vollen Empfindlichkeit

und die Lichtbogenspannung vergrößert, bis diese den übernehmen.

am Potentiometer 21 eingestellten Wert erreicht. Der Das Zünden des Lichtbogens kann hervorgerufen

durch die Steuerwicklung fließende Strom sinkt zur werden in bekannter Weise entweder durch Berüh-

gleichen Zeit ab, und der Motor 5 hält an. Über- io rung, z. B. unter Zuhilfenahme einer Kohlenplatte,

steigt die Lichtbogenspannung hingegen den am die nahe dem Anfang der Naht auf das Werkstück

Potentiometer 20 eingestellten Wert, so ändert der gelegt wird, oder mit einer überlagerten Hochfre-

Strom in den Steuerwicklungen seinen Wert, und der quenzfunkenentladung, die einen kleinen Spalt zwi-

Magnetverstärker 11 kommt zur Wirksamkeit. Ein sehen der Elektrodenspitze und dem Werkstück zu

erhöhter StramTfieBFcTann durch die Feldwicklung 9, 15 überbrücken vermag.

den Anker 7 und das Bremssolenoid 33 wie auch Aus der eben gegebenen Beschreibung der Arbeits-

durch den Widerstand 29. Der Motor bewegt dann vorgänge geht hervor, daß die Steuerorgane während

die. Elektrode 1 auf das Werkstück 2 zu und verrin- des normalen Betriebes nicht von Hand betätigt zu

gert die Lichtbogenlänge und die Lichtbogenspan- werden brauchen und daß es genügt, die Schweiß-

nung, bis die Lichtbogenspannung der Spannung an 20 maschine ein- und auszuschalten, um den vollen Zy-

dem Potentiometer 20 nahekommt, der Steuerstrom klus einer Schweißung einzuleiten und wieder zu

absinkt und der Motor unter der Wirkung der Bremse beenden. Beim Vorbereiten eines Werkstückes ist es

33 anhält. oft erwünscht, die Bewegungen der Schweißelektrode

I Über den Widerstand 24 kann der Steuerstrom ge^l von Hand zu steuern, z. B. die Lage der Elektroden-

ändert werden, der bei einer Abweichung der Licht- jp5 spitze relativ zur Naht zu prüfen. Der Schweißgleich-

bogenspannung von dem am Potentiometer eingerichter 3 wird in diesem Fall von dem Steuerstrom

stellten Wert durch die Magnetverstärker fließt, und kreis durch öffnung des Schalters 34 getrennt, der damit auch ^ie_Geschwmdigkeit, mit der der Motor 5- I auch den Stromkreis der Spule des Relais 25 unterlauf solche Abweichungen reagiert. Durch den Wider-J bricht. Der Motor 5 wird dann von Hand durch die stand 28 können die kritischen Werte der Abwei- 30 Druckknöpfe 31 und 32 gesteuert, die beim Schließen chung der Lichtbogenspannung vom Sollwert einge- der Kontakte die Bewegung des Motors in der einen stellt werden, bei denen die Amperewindungen der oder anderen Richtung veranlassen. Eine solche Hand-Steuerwicklungen die Amperewindungen der Polari- steuerung verändert jedoch nicht die vorher festsationswindungen in einem solchen Ausmaße über- gelegte Einstellung eines Schweißzyklus,
steigen, daß die Bremse gelöst wird, und der Motor 5 35 Die in dem Ausführungsbeispiel gezeigte Schaltung beginnt sich zu drehen. kann auch für Wechselstromschweißung benutzt wer-

Der Schalter 34 bleibt eingeschaltet, wenn die den, falls ein Gleichrichter in den Steuerstromkreis, Schaltung automatisch arbeiten soll. Wird die d. h. zwischen die Schweißmaschine und die zum Schweißmaschine 3 durch öffnung des Schalters 37 Steuergerät führenden Anschlüsse des Schalters 34 ausgeschaltet, so daß der Lichtbogen erlischt, so fließt 40 der Figur, eingeführt wird. Die üblicherweise beein, wenn auch geringer Strom von dem Potentio- nutzten Gleichrichter haben in diesem Fall jedoch den meter durch die Wicklung des Relais 25 und die Nachteil, daß sie eine beträchtliche Mindestspannung Steuerwicklungen 152,162,172 und 182, und zwar in benötigen, bevor sie eine Wirkspannung abgeben könder gleichen Richtung wie ein Steuerstrom, der bei nen. Der zum Steuerstromkreis führende Steuereinem zu kurzen Lichtbogen fließt, und der Motor 5 45 gleichrichter muß andererseits so bemessen sein, daß bewegt daher die Elektrode aufwärts. Ein Grenz- er die volle Leerlaufspannung der Wechselstromschalter 35, der mit der Feldwicklung 8 in Reihe ge- schweißmaschine ohne Schaden aufzunehmen vermag; schaltet ist, unterbricht den Stromkreis des Verstell- dieses bedingt die Einschaltung mehrerer Zellen und motors, wenn die Halterung 4 das obere Ende ihres vergrößert abermals den Schwellenwert. Diese Verstellweges erreicht. Ein entsprechender Grenz- 5° Schwierigkeit wird in einer Ausgestaltung der Erfinschalter 36 kommt in der unteren Endlage der Elek- dung dadurch vermieden, daß die Steuerung an die trodenhalterttng 4 zur Wirksamkeit, und dieser End- Wechselstromschweißmaschine über einen Germaschalter ist mit der Feldwicklung 9 in Reihe ge- niumgleichrichter angeschlossen wird, der vorteilhaft schaltet. Das automatische Zurückziehen der Elek- für eine Stromstärke von einigen Ampere, weit obertrode nach Beendigung der Schweißung erleichtert 55 halb der normalen Regelstromstärke, bemessen ist. wesentlich das Auswechseln des fertiggestellten Werk- Ein solcher Gleichrichter hat neben der hohen Stromstückes oder das Auswechseln einer Elektrode im führung, die ihn gegen die Überlastung bei vorüber-Halter. gehender Leerlaufspannung unempfindlich macht,

Der Schweißgleichrichter 3 wird wieder einge- noch den Vorteil des sehr geringen Schwellenwertes schaltet, wenn ein neues Werkstück oder eine neue 60 der Rückspannung, mit dem Erfolg, daß ein Steuer-Naht für die Schweißung bereit ist. Die Leerlauf- strom durch die Magnetverstärker bereits zu fließen spannung der Maschine bringt dann das Relais 25 beginnt, wenn die Differenz zwischen der Potentiozum Arbeiten, das seine Kontakte öffnet und den meterspannung und der gleichgerichteten Lichtbogen-Widerstand 27 in Reihe schaltet mit den Steuerwick- spannung nur den Bruchteil eines Volts beträgt,
lungen der Magnetverstärker. Diese Steuerwick- 65 Ein Germaniumgleichrichter mit einer einzigen lungen werden damit gegen ein zu starkes Anwachsen Zelle verträgt außerdem die bei Wechselstromschweißdes durch sie bei der größeren Spannung fließenden maschinen üblichen Leerlaufspannungen, insbesondere Stromes geschützt. Der durch die Steuerwicklungen wenn der Germaniumgleichrichter bei diesem höheren 152,162,172 und 182 fließende Strom veranlaßt den Wert der Leerlaufspannung nicht oder in sehr Motor 5, die Elektrode 1 nach dem Werkstück 2 hin- 70 geringem Umfang belastet wird. Die bei der Wechsel-

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stromlichtbogenschweißung auftretenden Werte der und es z. B. notwendig ist, eine erhöhte Lichtbogen-Bogenspannung sind im allgemeinen beträchtlich spannung einzustellen, damit die Elektrode nicht das höher als die entsprechenden Werte der Gleichspan- Werkstück berührt. Dieselbe Einrichtung kann ferner nunglichtbögen, insbesondere für die Schutzgas- benutzt werden, um eine gleichmäßige Schweißnaht schweißung. Dies kann dadurch ausgenutzt werden, 5 zu erzielen, auch wenn sich die Wandstärke desWerkdaß die dem Steuergerät zugeführte Spannung bei Stückes längs der Naht an bestimmten Punkten Wechselstromschweißung durch einen Transformator ändert; es kann z.B. vorteilhaft sein, ohne Änderung vor der Einführung in das Steuergerät herabgesetzt der Schweißstromstärke bei einem Werkstück mit wird. kurzzeitig vergrößerter Wandstärke während dieses

Der in der Figur dargestellte Motor 5 mit zwei io Teiles der Naht die Lichtbogenspannung zu erhöhen, Wicklungen kann in an sich bekannter Weise ersetzt um den Einbrand gleichzuhalten,
werden durch zwei unabhängige Magnete, Vorzugs- Die neue Vorrichtung ist insbesondere für die Lichtweise des Drehmagnettyps mit Schrittschaltwerken, bogenschweißung von Metallen mit nicht abschmeldie eine gemeinsame Welle in beiden Richtungen zender Elektrode bestimmt, wie sie. mit oder ohne Zustufenweise unter dem Einfluß einer Umkehrfeder 15 satzdraht in einem Schutzgas ausgeführt wird, z.B. für und eines Umkehrschalters über eine Ratsche an- die Schweißung von Kupfer, Aluminium, Magnesium, treiben. Die beiden Solenoide werden dann unabhäh- Stahl, Titan, Zirkonium und deren Legierung, unter gig voneinander an die Ausgangsleitungen der Ma- Benutzung einer Wolfram- oder Kohlenelektrode in gnetverstärker 10 und 11 in Reihe mit den Grenz- Argon, Helium, Kohlensäure oder in anderen Gasen schaltern 35 und 36 angeschlossen. Eine solche Schal- 20 oder Gasmischungen. Die Vorrichtung,..kann_,jedpch tung benötigt keine Bremsung, da die Magnete sofort auch benutzt ^werden für die Schweißung mit einer anhalten, wenn der sie durchfließende Strom unter jWf1i0S.^sianter Geschwindigkeit abschmelzendenElekden Wert sinkt, bei dem sie die Federkraft über- trode (sogenannte »Seibstregulierung_<<), die blank winden. öder ummantelt oder eine Seelenelektrode sein kann.

Die Höchstgeschwindigkeit des Verstellmotors 25 Die dabei infolge Profilschwankungen des Werksollte zwischen 2¹Ii und 25 mm pro Sekunde betragen. Stückes auftretenden wesentlichen Spannungsschwan- und der Verstellmotor wird dann bei einem Schweiß- kungen zwischen Halterung und Werkstück werden kopf des normalen Gewichtes eine Leistung von 50 zum Nachführen der Halterung durch das Verstellbis 100 Watt benötigen. Der Magnetverstärker soll glied benutzt. Die Schweißpistole wird in diesem bei einer Abweichung der Lichtbogenspannung vom 30 Fall z. B. an dem Getriebe 6 des Verstellmotors der Nennwert um 0,1 Volt bereits die notwendige Ver- Figur angebracht. Die Pistole folgt dann dem Profil Stellbewegung des Motors 5 auslösen. Die Steuer- des Werkstückes, und die Einstellung des Potentiowicklungen der Magnetverstärker sollen eine niedrige meters 20 bestimmt die Länge des Elektrodendrahtes, Windungszahl haben, die nicht höher ist als ein die aus der Pistole herausragt. Die für die Regelung Bruchteil der Windungszahl der Lastwindungen, so 35 der Elektrodenzugabe vorgesehenen Organe müssen daß die Magnetverstärker schnell ansprechen. in solchen Fällen im Vergleich zu der Ansprech-

In manchen Anwendungsfällen, z. B. bei verhält- geschwindigkeit des Verstellmotors für die Schweißnismäßig leichten Werkstücken, wird es vorgezogen pistole schnell arbeiten, da die Regelung sonst zu werden, die Schweißpistole oder den Schweißbrenner schwingen beginnt.

ortsfest anzubringen und die beschriebenen Verstell- 4° Eine automatische Vorrichtung der beschriebenen einrichtungen dazu zu benutzen, um das Werkstück Art kann ferner benutzt werden_jmt_einer abschmelselbst zu heben oder zu senken. Beim Schweißen zenden Elektrode, bei der die Geschwindigkeit ihrer mancher Materialien, insbesondere bei leichten Wand- Zufuhr so geregelt wirdj'daß die Spannung zwischen stärken, soll der Schweißstrom nahe dem Ende der Elektrodenhalterung"uri3 dem Werkstück konstant Naht verringert werden, um die Bildung eines ⁴⁵ bleibt. Die Spannung zwischen der Elektroden-Schweißkraters zu verhindern. Gemäß der Erfindung halterung und dem Werkstück, die bei der Schaltung wird die Magnetverstärkerschaltung für solche Ände- der Figur für die Verstellung der Elektrodenhalterungen des Schweißprogramms dadurch brauchbar rung benutzt worden war, wird in diesem Fall als gemacht, daß zusätzliche Spannungen oder Wider- Regelimpuls ersetzt durch einen Äquivalentwert, stände in den Steuerkreis eingebracht werden. Eine 5° dessen Größe von dem Abstand der Elektrodenhalte-Änderung der Spannung im Steuerstromkreis kann rung vom Werkstück abhängt. Als solch ein Äquiz. B. dadurch hervorgerufen werden, daß der Wider- valentwert kann man eine Spannung benutzen, die stand des Potentiometers 20 durch die Kontakte eines der Zugabegeschwindigkeit der abschmelzenden Elek-Relais verändert wird, dessen Steuerspule über einen trode proportional ist. Eine Vorrichtung der eben vom Werkstück betätigten Nockenschalter kurz vor 55 beschriebenen Art kann z. B. aus einer Vorrichtung dem Ende seiner Arbeitsbewegungen eingeschaltet nach der Figur bestehen, bei der die Steuerspannung wird. Die Änderung des Potentiometerwiderstandes nicht von dem Lichtbogen geliefert wird, sondern hat dann zur Folge, daß der Verstellmotor eine ver- von einem Tachometerdynamo, der mit den Zugabeänderte Lichtbogenspannung herbeiführt, die den ge- rollen für den Elektrodendraht gekuppelt ist und so wünschten Schweißbedingungen besser entspricht. 60 eine der Zugabegeschwindigkeit proportionalen Span-Eine solche Veränderung der Lichtbogenspannung nung liefert. Die Zugabegeschwindigkeit des Elekkann gekuppelt werden mit einer Veränderung des trodendrahtes wird dabei in bekannter Weise so ge-Lichtbogenstromes, z. B. durch einen Hilfskontakt regelt, daß die Spannung zwischen Halterung und des eben beschriebenen Relais, der einen Ballast- Werkstück konstant bleibt, z. B. durch einen Röhren^ widerstand in den Schweißstromkreis einschaltet oder 65 verstärker, der die Änkerspannung des die Zufuhreinen solchen Widerstand überbrückt. rollen treibenden Motors entsprechend verändert. Bei Die gleiche Vorrichtung kann nicht nur für die wesentlicher und rascher Erhöhung der Steuerspan-Verbesserung des Nahtendes benutzt werden, sondern nung infolge eines »Profiltales« wird durch das Verauch am Nahtanfang, wenn der Fußpunkt des Licht- stellglied die Halterung abwärts bewegt und entsprebogens seine Endtemperatur noch nicht erreicht hat 70 chend aufwärts bei Spannungserniedrigung. Die

Claims (18)

durch den Tachometerdynamo hervorgerufenen Steuerwirkungen sollen verhältnismäßig langsam erfolgen im Vergleich zur Wirkung der Lichtbogenspannung auf die Drahtzugabe; dies kann erzielt werden durch einen Kondensator parallel zum Tachometerdynamo, oder eine Drosselspule, die mit dem Dynamo in Reihe geschaltet ist. f Die Spannung am Anker des Motors, der die Zu- ! gaberollen für die abschmelzende Elektrode treibt, ist ebenfalls ein Anzeichen der Motorgeschwindigkeit und kann daher als Äquivalentwert zur Steuerung des Verstellmotors für die Elektrodenhalterung benutzt werden. Die Spannung wird in einem Potentiometerkreis mit einer einstellbaren Spannung verglichen und die positive oder negative Differenz zwei Magnetverstärkern zugeführt, deren Ausgangsleistung für die Bewegung eines Verstellmotors mit zwei Feldwicklungen benutzt wird. Der Steuerstromkreis benötigt eine Leistung von weniger als 1 Milliwatt und hat daher keinen Einfluß auf das Arbeiten des Motors für die Elektrodenzugabe. Die gleichen Steuerorgane, die den Übergang von der Zündbewegung zum Gleichgewichtszustand der Lichtbogenschweißung und auch das Zurückziehen der Elektrodenhalterung herbeiführen, können kornbiniert werden mit Einrichtungen, durch die ein zusätzlicher Draht einer nicht abschmelzenden Elektrode zugeführt wird oder mit deren Hilfe eine abschmelzende Elektrode ihre Zuführung beginnt, oder mit Einrichtungen zum Anlauf und zur Bremsung eines Antriebes für die Längsbewegung des Schweißkopfes längs der Naht. Das Relais 25 der Figur, das die als Widerstand wirksame Signallampe 27 in den Steuerstromkreis der Magnetverstärker einschaltet, wird zu diesem Zweck mit zusätzlichen Kontakten versehen, die direkt oder indirekt Stromkreise für den Antrieb der Drahtzugabe oder den Antrieb für die Längsbewegung schließen, sobald das Relais ab-, fällt. Ein zusätzliches Relais kann angeordnet werden, das die gleichen Stromkreise offenhält, solange die Spannung zwischen der Elektrodenhalterung und dem Werkstück oberhalb der üblichen Werte der Lichtbogenspannung liegt. Der Potentiometerkreis der Figur kann ersetzt werden durch eine an sich bekannte Brückenschaltung, *5 die aus zwei in der Brücke einander gegenüberliegenden einstellbaren, jedoch gleichen stromunabhängigen Widerständen und zwei spannungsabhängigen Widerständen wie Germaniumgleichrichtern besteht; die Steuerwicklungen der Magnetverstärker werden dann an die eine Diagonale der Brücke angeschlossen und die Elektrodenhalterung und das Werkstück an die andere Diagonale. Eine solche Schaltung hat den Vorteil, daß sie von Schwankungen der Netzspannungen unabhängig ist. Die Geschwindigkeit, mit der sich das Verstellorgan, z.B. der Verstellmotor5 der Figur, unter dem Einfluß der Magnetverstärker in der beschriebenen Schaltung bewegt, ist ein Maß für die Ansprechgeschwindigkeit der Steuerung unter dem Ein-Muß eines Steuerbefehles. Eine diese Geschwindigkeit wiedergebende Größe, z. B. ein mit dem Verstellmotor gekuppelter Tachometerdynamo, aber auch die Ankerspannung des Motors 5 der Figur, kann dazu benutzt werden, um der Schaltung eine von der An-Sprechgeschwindigkeit abhängige negative Rückführung zu geben. Die Magnetverstärker werden zu diesem Zweck mit zusätzlichen Polarisationswicklungen ausgerüstet, die im gleichen Sinne wie die Polarisationswicklungen 153, 163, 173 und 183 der Figur geschaltet und wirksam sind, wenn an dem Anker des Verstellmotors eine nennenswerte Spannung auftritt, jedoch praktisch unwirksam sind, wenn der Motor am Beginn eines Steuerbefehles noch stillsteht und daher keine Ankerspannung aufweist. Patentansprüche:

1. Schaltanordnung für die automatische Lichtbogenschweißung mit einem dem Profil der Werkstückoberfläche selbsttätig folgenden Verstellgerät für die Elektrodenhalterung unter Verwendung einer einstellbaren Vergleichsspannung oder eines Vergleichsstromes, entsprechend dem Sollwert der Lichtbogenspannung oder des Lichtbogenstromes, dadurch gekennzeichnet, daß das Verstellgerät„(4) in an sich bekannter Weise über M deren

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Arbeitspunkt abhängt bei nicht abschmelzender Elektrode in bekannter Weise von der dem Abstand proportionalen Spannung bzw. dem Strom zwischen Elektrodenhalterung und Werkstück oder bei mit konstanter Vorschubgeschwindigkeit abschmelzender Elektrode von der Spannung bzw. dem Strom, oder bei unter Konstantspannung abschmelzender Elektrode von der Geschwindigkeit, und in allen Fällen noch zusätzlich von Pro-^N grammwerten, welche die Änderung des Sollwertes der Spannung bzw. des Stromes zwischen Elektrodenhalterung und Werkstück während des Verlaufes der Schweißung bestimmen.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei unter Konstantspannung abschmelzender Elektrode die Abstandssteuerung mittels einer der Vorschubgeschwindigkeit proportionalen Sjeyerspannung erfolgt.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung von einem Tachometerdvnamo erzeugt wird.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerspannung von der Rotorspannung des Vorschubmotors (5) abgeleitet wird.

5. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet durch zwei Gruppen von Magnetverstärkern (10, 11), die durch die positive und negative Differenz der Regelspannung von einem vorgegebenen Wert sowie durch die zusätzlichen Spannungen oder Lasten beeinflußt werden.

6. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Widerstand (20), der der Regelspannungsquelle (21) parallel geschaltet ist und dessen Wert hoch ist im Vergleich zu ihrem inneren Widerstand, derart, daß in an sich bekannter Weise die Halterung beim Ausbleiben der Lichtbogenspannung sich von dem Werkstück wegbewegt.

7. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß als mit der Regelspannungsquelle (21) in bekannter Weise in Reihe geschalteter Widerstand ein mit der Belastung sich vergrößernder Widerstand (27j von der Art einer Metallfadenlampe verwendet wird.

8. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß durch programmäßige Änderung der in bekannter Weise mit der Regelspannung in Reihe geschalteten Vergleichsspannung (20) die Lichtbogenlänge an bestimmten Schweißnahtstrecken verändert wird.

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9. Schaltanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zugleich auch die Stromstärke geändert wird.

10. Schaltanordnung nach Anspruch 8 und 9, gekennzeichnet durch vom Schweißkopf während seiner Längsbewegung gesteuerte Kontakte, welche die Bogenlänge und/oder Schweißstromstärke am Nahtanfang und/oder -ende selbsttätig verändern.

11. Schaltanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelwiderstand (20) ganz oder zum Teil durch die Wicklung eines Spannungsrelais (25) dargestellt ist, das den Reihenwiderstand (27) einschaltet, wenn die Halterungsspannung die Lichtbogenspannung übersteigt.

12. Schaltanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsrelais (25) die Bewegung der Elektrodenhalterung längs des Werkstückes beginnt und beendet, wenn die Spannung zwischen Halterung und Werkstück einen vorgegebenen Wert unterschreitet oder übersteigt.

13. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Magnetverstärker (10, 11) in Parallelschaltung wechselweise einen Reihenschlußmotor (5) mit an sich bekannten entgegengesetzt wirkenden zwei Feldwicklungen (8, 9) speisen.

14. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetverstärker (10, 11) Zusatzwicklungen (154, 164, 174, 184) tragen, die dem Verstellmotor (5) parallel geschaltet sind.

15. Schaltanordnung nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch den Ruhestrom der Magnetverstärker (10, 11) unterdrückende Polarisationewicklungen (153,163, 173,183) und zwei Schaltdruckknöpfe (31), welche die Polarisationswicklungen bzw. die Arbeitswicklungen eines der Magnetverstärker wahlweise kurzschließen oder einschalten.

16. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsspan^ nung und die Sollwertspannung in einem Potentiometerkreis mit den Steuerwicklungen (152,162, 172, 182) der Magnetverstärker (10,11) in Reihe geschaltet sind.

17. Schaltanordnung nach Anspruch 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterungsspannung in an sich bekannter Weise in eine Brückenschaltung eingeführt wird, die aus je zwei gegenüberliegenden einstellbaren stromkonstanten und zwei spannungsbeeinflußten Widerständen besteht, und an deren andere Diagonale die Steuerwicklungen (152,162,172,182) der Magnetverstärker angeschlossen sind.

18. Schaltanordnung nach Anspruch 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Spannungsrelais (25) die Zufuhr eines Zusätzschweißdrahtes (1) beginnt und beendet, wenn die Spannung zwischen Halterung und Werkstück einen vorzugebenden Wert unterschreitet oder übersteigt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 958 231, 901094,
791, 674 709, 904 450, 741249;

deutsche Auslegeschrift Nr. 1 014 682;^^ kj^p^s
österreichische Patentschrift Nr. 120 358;
britische Patentschrift Nr. 743 686;
französische Patentschrift Nr. 937 026;
USA.-Patentschriften Nr. 2 360160, 2 362 569.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen