DE1127012B - Schaltanordnung zur Fernsteuerung eines Schweisstransformators ueber das Schweisskabel - Google Patents

Description

Es ist bekannt, bei der elektrischen Lichtbogenschweißung die Schweißstromquelle vom Arbeitsplatz aus ohne die Verwendung besonderer Steuerleitungen zu regeln, indem der Steuerstrom durch das Schweißkabel vermittelt wird.

Bei einer bekannten Steuereinrichtung dieser Art stellt die Schweißstromquelle auch die Stromquelle des Steuerstromes dar. Die Steuerströme kommen dadurch zustande, daß der Schweißer mit der Schweißelektrode oder dem Elektrodenhalter den einen oder den anderen von zwei auf das Werkstück aufgelegten, ver- · schieden großen Widerständen berührt und damit den Stromkreis über einen dieser Widerstände schließt. Es können also zwei verschiedene Steuerstromstärken gewählt werden, die beide wesentlich niedriger als der ' niedrigste vorkommende Schweißstrom sein müssen. Der in Reihe mit der Schweißstromquelle angeordnete Empfänger enthält zwei Relais, die von dem im Schweißstromkreis jeweils auftretenden Strom über eine stromstärkenabhängige Vorrichtung in der Weise gesteuert werden, daß das eine Relais bei der einen Steuerstromstärke anspricht und eine Steuerung in der einen Richtung bewirkt, während das andere Relais bei der anderen Steuerstromstärke anspricht und eine Steuerung in der anderen Richtung bewirkt.

Um ein falsches Ansprechen der Relais zu verhindern, muß die höhere Steuerstromstärke wesentlich niedriger als der niedrigste vorkommende Schweißstrom, die niedrigere Steuerstromstärke wesentlich höher als die praktisch vorkommenden Leckströme sein, und außerdem muß der Unterschied der beiden Steuerstromstärken ebenfalls wesentlich größer als die Leckstromstärke sein. Um etwaige instabile Kontaktwiderstände im Steuerstromkreis unwirksam zu lassen, sind verhältnismäßig hohe Steuerstromstärken erwünscht. Diese verschiedenen Wünsche lassen sich manchmal schwer vereinen.

Bei einer anderen bekannten Regeleinrichtung enthält der Steuerstromkreis eine von der Schweißstromquelle getrennte Wechselstromquelle, die mit der Wicklung eines nur auf Gleichstrom ansprechenden, polarisierten Relais in Reihe geschaltet ist. Das Ansprechen des polarisierten Relais in der einen oder anderen Richtung bewirkt eine Änderung der Verstellung der Schweißstromquelle gegen höhere bzw. niedrigere Stromstärken hin. Die Steuerströme werden in diesem Falle vom Schweißer dadurch bewirkt, daß die Schweißelektrode über einen auf das Werkstück aufgelegten Gleichrichter angeschlossen wird, der mit der einen oder anderen Durchlaßrichtung, je nach der erwünschten Änderung der Einstellung der Schweißstromquelle, eingeschaltet wird. Der Schweißvorgang Schaltanordnung zur Fernsteuerung

eines Schweißtransformators

über das Schweißkabel

Anmelder:

Kjellberg Esab G.m.b.H.,
Solingen, Beethovenstr. 135-139

Beanspruchte Priorität:
Schweden vom 27. Oktober 1959 (Nr. 9998)

Sven Ingvar Grönbeck, Laxä (Schweden),
ist als Erfinder genannt worden

wird vom Schweißer dadurch eingeleitet, daß beim Berühren des Werkstückes mit der Elektrode das Schweißkabel durch ein Relais selbsttätig von der Steuerstromquelle und dem polarisierten Relais abgeschaltet und statt dessen an die Schweißstromquelle angeschlossen wird. Das erwähnte, für die volle Schweißstromstärke auszulegende Relais ist kostspielig und bringt eine Komplikation der Schweißanlage mit sich.

Die vorliegende Erfindung hat zum Zweck, eine verbesserte Fernsteuereinrichtung für einen Schweißtransformator herzustellen, die die Nachteile der bekannten Einrichtungen nicht aufweist. Die Erfindung betrifft somit eine Schaltanordnung zur Fernsteuerung eines Schweißtransformators für Wechselstrom-Lichtbogenschweißung mittels Steuerströmen, die über das Schweißkabel geleitet werden, wobei der Steuerstromkreis eine Wechselstromquelle, einen in Reihe mit dem Schweißkabel am Schweißplatz einschaltbaren Geber mit einem Gleichrichter zur Gleichrichtung des Steuerstromes und einen nur für Gleichstrom empfindlichen Empfänger umfaßt, der einen Stromstärkeregler des Schweißtransformators steuert. Die Erfindung besteht darin, daß in an sich bekannter Weise als Wechselstromquelle die Sekundärwicklung des Schweißtransformators dient, weiterhin das in an sich bekannter Weise der Empfänger mit dem Schweißstromkreis ständig in Reihe liegt, weiterhin, daß der Geber für den einen Steuerkontakt einen mit dem Gleichrichter in Reihe geschalteten ohmschen Wider-

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stand und für den anderen Steuerkontakt in an sich bekannter Weise zusätzlich noch einen weiteren Widerstand in Reihe enthält und daß der Empfänger aus einem Transduktor mit zwei Gleichstromsteuerwicklungen und einer wechselstrombeaufschlagten Arbeitswicklung besteht, wobei die eine Steuerwicklung mit dem Schweißstromkreis in Reihe geschaltet ist, der anderen vormagnetisierten Steuerwicklung ein einstellbarer Steuergleichstrom zugeführt wird und die Arbeitswicklung — in an sich bekannter Weise mittels einer Brückenschaltung — über Schaltrelais einen Einstellmotor für die Einstellung der Schweißstromstärke steuert, indem die Arbeitswicklung des Transduktors in Reihe mit einer Wechselstromquelle an den Relaiswicklungen über einen Gleichrichter angeschlossen und daß eine zweite Stromquelle mit diesen Relaiswicklungen derart verbunden ist, daß der von ihr über einen Gleichrichter durch die Relaiswicklungen gesandte Strom entgegengesetzt zu dem von der ersten Stromquelle gesandten Strom gerichtet ist. Es wird hierdurch unter anderem erreicht, daß die Stärke des Steuerstromes ohne weiteres genügend hoch für eine sichere Steuerwirkung gewählt werden kann. Es ist sogar möglich, eine Steuerstromstärke gleicher Größenordnung wie die Schweißstromstärke zu wählen, da der Empfänger ja nicht zwischen vier Stromstärken (Leckstrom, Steuerstrom I, Steuerstrom II, Schweißstrom) unterscheiden muß, sondern nur zwischen zwei Steuer-Gleichstromstärken.

Die Erfindung soll jetzt an Hand der Zeichnung näher erklärt werden.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Schweißanlage mit einer Fernsteuereinrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2 zeigt eine Abänderung der in Fig. 1 gezeigten Einrichtung;

Fig. 3 zeigt eine Ausführungsform des Steuerstromgebers zur wahlweisen Erzeugung von vier Steuerströmen in der einen oder in der anderen Richtung.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage umfaßt einen Schweißtransformator 1 mit den Eingangsklemmen 2 und den Ausgangsklemmen 3. Die Reaktanz des Transformators kann von Hand mittels des Rades 4 eingestellt werden. Das Rad betätigt z. B. ein bewegliches Streujoch oder eine bewegliche Wicklung des Transformators. Für die Fernsteuerung der Reaktanz ist außerdem ein Verstellmotor 5 vorgesehen, der die Radwelle mittels eines Antriebes 6 dreht, der mit einer nicht gezeigten Reibungskupplung oder einer ein- und ausschaltbaren Kupplung versehen ist. Für die Steuer-Stromsendung wird ein Gerät verwendet, das aus einem Kasten 7 mit zwei Scheitelkontakten 8, 9 und einem Bodenkontakt 10 besteht. Zwischen dem einen Scheitelkontakt 9 und dem Bodenkontakt 10 ist die Reihenschaltung eines Widerstandes 11, eines Widerstandes 12 und eines Trockengleichrichters 13 eingeschaltet. Die Verbindungsstelle der Widerstände 11 und 12 ist an den zweiten Scheitelkontakt 8 angeschlossen. Zur Fernsteuerung des Transformators legt der Schweißer den Kasten auf das Werkstück 14 oder auf einen mit dem Werkstück elektrisch verbundenen Teil und bringt die Elektrode 15 oder den Elektrodenhalter in Berührung mit einem der Scheitelkontakte 8, 9, wobei ein gleichgerichteter Steuerstrom durch den Schweißstromkreis fließt und den Empfänger beaufschlagt.

Der beim Schweißtransformator angeordnete Steuerstromempfänger enthält einen Transduktor 16 mit zwei Gleichstromwicklungen 16^4, 16 B und eine Wechselstromwicklung 16 C. Die Gleichstromwicklung 16^4 stellt die Steuerwicklung des Transduktors dar und ist mit dem Schweißstromkreis in Reihe geschaltet. Die Gleichstromwicklung 161? ist eine Vormagnetisierungswicklung, die von einem mittels eines Widerstandes 17 einstellbaren, entgegengerichteten Gleichstrom erregt wird. Der Gleichstrom wird von der Sekundärwicklung TS 2 eines Transformators T über den Vollweggleichrichter 18 geliefert. Die Primärwicklung TP ist am Netz angeschlossen.

Die Wechselstromwicklung 16 C ist die Arbeitswicklung des Transduktors, deren Reaktanz von der Gleichstromerregung des Transduktorkerns abhängig ist. Die Amperewindungszahl der Wicklung 16 B genügt, um bei stromloser Wicklung 16 A den Kern mindestens bis zur Sättigung zu erregen. Die Wicklung 16 y4 ist so geschaltet, daß die Amperewindungszahl des vom Gleichrichter 13 gleichgerichteten Steuerstromes der Amperewindungszahl der Wicklung 16 B entgegengerichtet ist. Die Stromkreise der Wicklungen 16 A und 16 B sind dabei so bemessen, daß ein Schließen des Steuerstromkreises durch den Kontakt 9 eine Herabsetzung der Gleichstromerregung des Transduktors auf einen unterhalb des Sättigungspunktes liegenden Wert und daß ein Schließen des Steuerstromkreises durch den Kontakt 8 eine weitere Herabsetzung der Gleichstromerregung des Transduktors bewirkt. Die Reaktanz der Arbeitswicklung 16 C nimmt somit, wenn ein Steuerstrom im Schweißstromkreis fließt, den einen oder den anderen von zwei höheren Werten an, je nachdem der eine oder der andere der Kontakte 8, 9 eingeschaltet ist.

Die Arbeitswieklungl6C ist in Reihe mit einem Vollweggleichrichter 19 an der Sekundärwicklung TS 3 des Transformators 3 angeschlossen. Der Vollweggleichrichter 19 bildet auf der Gleichstromseite in Reihe mit einem regelbaren Widerstand 20 den einen Ast (Geberast) einer Brückenschaltung, deren anderer Ast (Vergleichsast) ebenfalls einen regelbaren Widerstand 21 in Reihe mit einem Vollweggleichrichter 22 enthält, der von der Sekundärwicklung TS 4 des Transformators T gespeist wird. Die Gleichrichter 19, 22 sind so geschaltet, daß sie in der von den beiden Ästen gebildeten geschlossenen Gleichstromschleife dieselbe Durchlaßrichtung aufweisen. Der Meßast der Brücke, der zwischen den Verbindungsstellen der beiden eben beschriebenen Äste eingeschaltet ist, enthält die Reihenschaltung der Arbeitswicklungen zweier Relais 23, 24 und eines Gleichrichters 25, der so geschaltet ist, daß der Meßast gegen den vom Vollweggleichrichter 19 im Geberast der Brücke gelieferten Strom gesperrt ist. Es kann somit im Meßast kein Strom fließen, bevor die im Geberast vom Gleichrichter 19 abgegebene Gleichspannung unter den Wert abgefallen ist, bei dem die Brücke ausgeglichen ist, d.h. bei dem die Spannung über den Meßast Null ist. Die genannte abgegebene Gleichspannung ist proportional dem Unterschied zwischen der Spannung der Wicklung TS 3 und dem Spannungsabfall in der Arbeitswicklung 16 C. Bei abgeglichener Brücke muß somit eine bestimmte Reaktanz der Wicklung 16 C vorliegen.

Die Brücke ist so bemessen, daß der genannte, dem abgeglichenen Zustand entsprechende Reaktanzwert der Wicklung 16 C zwischen ihrer Reaktanz bei stromloser Wicklung 16 A und ihrer Reaktanz in dem Falle, wenn die Wicklung 16 A von einem am Kontakte 9

geschlossenen Steuerstrom durchgeflossen wird, liegt. Durch den Meßast wird somit ein gewisser niedriger Strom fließen, wenn der Steuerstrom über den Kontakt 9 verläuft, und ein gewisser höherer Strom fließen, wenn der Steuerstrom über den Kontakt 8 fließt. Das eine Relais 23 spricht sowohl beim niedrigeren als auch beim höheren Strom an. Das andere Relais 24, dessen Wicklung mit einem Widerstand 26 parallel geschaltet ist, spricht nur beim höheren Strom an. Die Arbeitskontakte 23 α, 24 a der Relais 23, 24 steuern je ein Zwischenrelais 27, 28. Das Relais 27 hat zwei Arbeitskontakte 27 a, und das Relais 28 hat zwei Wechselkontakte 28 a, die einen Polumschalter für den Ankerstromkreis 29 des Motors 5 darstellen.

Wenn das Relais 27 allein anspricht, wird über dessen Arbeitskontakte eine an die Klemmen 31 angeschlossene Gleichstromquelle einerseits an den Erregungsstromkreis 30 des Motors 5, andererseits über die Wechselkontakte 28 α in ihrer Ruhelage an den Ankerstromkreis des Motors 5 angeschlossen. Der Motor wird in Bewegung in diejenige Umdrehungs richtung versetzt, die einer Herabsetzung der Stromstärke entspricht. Beim Ansprechen beider Relais 27 und 28 wird der Erregungsstromkreis des Motors in derselben Weise, wie oben beschrieben, eingeschaltet, während dem Ankerstromkreis über die Wechselkontakte 28 α in der Arbeitslage ein Strom in derjenigen Richtung zugeführt wird, die einer Heraufsetzung der Stromstärke entspricht. In beiden Fällen wird der Motor bei Unterbrechung des Steuerstromkreises beim Kontakt 9 bzw. 8 unmittelbar stillgesetzt. Der Schweißer kann somit eine größere oder kleinere Änderung der Stromeinstellung dadurch erreichen, daß er den Steuerstromkreis eine längere oder kürzere Zeit geschlossen hält.

Der Gleichrichter 13 ist so geschaltet, daß die Richtung des von ihm durchgelassenen Steuerstromes entgegengesetzt zu der Richtung der gleichgerichteten Komponente des Schweißstromes ist, wie sie insbesondere beim Schweißen von Leichtmetallen in merklichem Ausmaß auftritt; die betreffende Komponente ist im allgemeinen im Lichtbogen vom Werkstück zu der Elektrode gerichtet. Es wird dadurch erreicht, daß die gleichgerichtete Komponente des Schweißstromes den Eisenkern des Transduktors in derselben Riehtung wie die Vormagnetisierung durch die Wicklung 16 B erregt und also keine Erhöhung der Reaktanz der Arbeitswicklung 16 C bewirkt.

Eine weitere Gewähr gegen ungewünschtes Ansprechen des Empfängers wird dadurch erhalten, daß der in der Wicklung 16 A bei der Schweißung fließende Wechselstrom genügend hoch ist, um den Transduktorkern zu sättigen. Die beschriebene Vorrichtung ist ferner gegen gegebenenfalls vorhandene Leckwechselströme vom Schweißkabel zur Rückleitung unempfindlich, indem die solchen Strömen entsprechende induzierte Wechselspannung in der Transduktorwicklung 16 B eine Erhöhung des durch die erwähnte Wicklung fließenden Vormagnetisierungsgleichstromes bewirkt.

Die beschriebene Einrichtung läßt sich in verschiedener Weise abändern. Die Relais 23 und 24 können z. B. in an sich bekannter Weise als polarisierte Relais ausgeführt werden, wobei das Gleichrichterventil 25 überflüssig wird. Es ist ferner grundsätzlich möglich, den Gleichrichter 22 und/oder den Gleichrichter 19 wegzulassen und die Wechselstromkreise unmittelbar an die betreffenden Brückenäste anzuschließen. Die Widerstände 20, 21 können dabei durch Reaktanzen ersetzt werden.

Eine andere Abänderung der Brückenschaltung wird in Fig. 2 veranschaulicht. Die Einzelheiten TS 3, TS 4, 16 C, 19, 21 bis 24 und 26 entsprechen den mit den gleichen Bezeichnungen versehenen Einzelheiten in Fig. 1. Die Vollweggleichrichter 19 und 22 sind gleichstromseitig in Reihe und einander entgegenwirkend in einem Stromkreis geschaltet, der den Widerstand 21 und die Arbeitswicklungen der Relais 23, 24 enthalt. Mit den Gleichstromklemmen des Vollweggleichrichters 19 ist ein regelbarer Widerstand 32 parallel geschaltet. Die Arbeitsweise der beschriebenen Schaltung ist die folgende: Normal hat die Arbeitswicklung 16 C des Transduktors eine niedrige Reaktanz, so daß der Gleichrichter 19 einen verhältnismäßig hohen Strom durch den Widerstand 32 sendet und über diesen Widerstand einen Spannungsfall bewirkt, der größer als die Ausgangsspannung des Gleichrichters 22 ist. Es kann somit kein Strom durch die Relais 23, 24 fließen. Wenn durch die Steuerwicklung des Transduktors ein Steuerstrom fließt und die Reaktanz der Wicklung 16 C dadurch erhöht wird, fällt der Strom durch den Widerstand 32 und somit auch der Spannungsfall über den genannten Widerstand so viel ab, daß der Gleichrichter 22 einen Strom durch den genannten Widerstand und somit auch durch die Relais 23 und 24 senden kann, wobei dieser Strom größer oder kleiner ist, je nachdem der Steuerstrom durch die Steuerwicklung des Transduktors größer oder kleiner ist. Die Einrichtung wirkt somit in der gleichen Weise wie die an Hand von Fig. 1 beschriebene.

In den beschriebenen Ausführungsbeispielen bleibt der Einstellmotor so lange in Bewegung, bis der Steuerstromkreis unterbrochen wird. Es ist jedoch ohne weiteres möglich, statt dessen solche Vorkehrungen zu treffen, daß der Einstellmotor bei jedem Schließen des Steuerstromes nach einer bestimmten einstellbaren Zeit oder nach der Vollziehung einer bestimmten einstellbaren Verstellbewegung selbsttätig stillgesetzt wird; wenn sich die erfolgte Einstellungsänderung von Fall zu Fall nicht als ausreichend herausstellt, muß dann ein erneutes Schließen des Steuerstromes vorgenommen werden. Es ist auch möglich, solche Vorkehrungen zu treffen, daß der Schweißer nach Belieben entweder eine vorbestimmte Einstellungsänderung oder eine während der gesamten Dauer des Steuerstromes fortlaufende Einstellungsänderung hervorrufen kann. Fig. 3 zeigt ein Beispiel eines für diesen Zweck besonders ausgebildeten Steuerstromgebers mit vier Scheitelkontakten 8, 9 bzw. 9', 8', die über Widerstände 11, 12 bzw. 11', 12' und entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisende Gleichrichter 13 bzw. 13' mit dem Bodenkontakt 10 verbunden sind; mittels dieses Steuerstromgebers kann jeder gewünschte von vier Steuerstromzuständen hervorgerufen werden, und zwar ein niedrigerer und ein höherer Steuerstrom von der einen Stromrichtung und ein niedrigerer und ein höherer Steuerstrom von der anderen Stromrichtung. Die Empfangsvorrichtung kann dabei grundsätzlich mehrere paarweise miteinander in Reihe oder parallel geschaltete Relais enthalten, die so bemessen sind, daß sie bei verschiedenen Steuerstromstärken ansprechen. Es kann dabei z. B. das Ansprechen des einen Relais eines Paares eine im voraus bestimmte Einstellungsänderung hervorrufen, während das Ansprechen beider Relais eine

bis zur Unterbrechung des Steuerstromes fortschreitende Änderung der Einstellung bewirkt.

Claims (2)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Schaltanordnung zur Fernsteuerung eines Schweißtransformators für Wechselstrom-Lichtbogenschweißung mittels Steuerströmen, die über das Schweißkabel geleitet werden, wobei der Steuerstromkreis eine Wechselstromquelle, einen in Reihe mit dem Schweißkabel am Schweißplatz einschaltbaren Geber mit einem Gleichrichter zur Gleichrichtung des Steuerstromes und einen nur für Gleichstrom empfindlichen Empfänger umfaßt, der einen Stromstärkeregler des Schweißtransformators steuert, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise als Wechselstromquelle die Sekundärwicklung (3) des Schweißtransformators dient, weiterhin daß in an sich bekannter Weise der Empfänger (16) mit dem Schweißstromkreis ständig in Reihe liegt, weiter- ao hin daß der Geber (7) für den einen Steuerkontakt (8) einen mit dem Gleichrichter (13) in Reihe geschalteten ohmschen Widerstand (12) und für den anderen Steuerkontakt (9) in an sich bekannter Weise zusätzlich noch einen weiteren Widerstand (11) in Reihe enthält und daß der Empfänger aus einem Transduktor (16) mit zwei Gleichstromsteuerwicklungen (16 A, 16 B) und einer wechselstrombeaufschlagten Arbeitswicklung (16C) besteht, wobei die eine Steuerwicklung (16 ^4) mit dem Schweißstromkreis in Reihe geschaltet ist, der anderen vormagnetisierten Steuerwicklung (16 B) ein einstellbarer (17) Steuer-Gleichstrom ( TS 2, 18) zugeführt wird und die S. Arbeitswicklung (16C) — in an sich bekannter Weise mittels einer Brückenschaltung — über Schaltrelais (23, 24, 27, 28) einen Einstellmotor (5) für die Einstellung der Schweißstromstärke steuert, indem die Arbeitswicklung (16C) des Transduktors (16) in Reihe mit einer Wechselstromquelle (TS3) an den Relaiswicklungen (23, 24) über einen Gleichrichter (19) angeschlossen und daß eine zweite Stromquelle (TS 4) mit diesen Relaiswicklungen derart verbunden ist, daß der von ihr über einen Gleichrichter (25 bzw. 22) durch die Relaiswicklungen (23, 24) gesandte Strom entgegengesetzt zu dem von der ersten Stromquelle (TS3) gesandten Strom gerichtet ist.

2. Schaltanordnung nach Anspruch 1 mit wechselseitigem Einsatz der Gleichrichterwirkung des Gebers, dadurch gekennzeichnet, daß der Geber (7) zwecks Einsteuerung der Schweißstromstärke entweder auf zwei vorausbestimmte Werte oder auf kontinuierliche Höher- bzw. Tiefersteuerung vier Steuerkontakte (8, 9 bzw. 9', 8') enthält, die paarweise an je eine Gebergruppe aus Gleichrichter (13 bzw. 13') Widerstand (12 bzw. 12') und zusätzlichem Widerstand (11 bzw. 11') in Reihe angeschlossen sind, wobei die beiden Gleichrichter (13, 13') entgegengesetzte Durchlaßrichtung aufweisen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 1 062 850;
britische Patentschrift Nr. 444 297;
USA.-Patentschriften Nr. 2 642515, 2526 597;
Zeitschrift »Electrical Engineering«, 1953, Nr. 9, bis 795.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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