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Steuerung für eine Lichtbogenschweissvorrichtung. Diese Erfindung
bezieht sich auf eine Schweissvorrichtungs-Steuerung und genauer auf eine Steuerung
für eine Schweissvorrichtung, die vielfach mit Energie zu speisende Mittel, wie
Elektroden der sich nicht verbrauchenden Bauart, benützt, die entland einer Schweissnaht
angeordnet sind und die zum Bewirken des Schweissens an der Verbindungsstelle ausgewählt
mit Energie gespeist werden.
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Wie in der gleichzeitig anhängigen deutschen Anmeldung G 36695 VIIId/21h
offenbart, wurde gefunden, dass bei einem sehr wirksamen Schweissverfahren sich
nicht verbrauchende, voneinander elektrisch isolierte Elektroden in Abständen entlang
einer
Naht angeordnet sind und dass durch geeignete Programmieruhg der Folge der von jeder
der Elektroden abgegebenen Lichtbögen durch Steuerung des den Elektroden zugeführten
Schweisstrom eine sehr wirksame Schmelzverschweissung entlang der Naht bewirkt werden
kann. Um jedoch eine Schweissung in dieser Art auszuführen, muss ein aufeinanderfolgendes
Programmieren aller notwendigen Schweisschritte vorgenommen werden, um wiederholte
Schweissungen guter Qualität zu schaffen. Das Steuern von sowohl der Menge als auch
der Zeitdauer der an jeder Elektrode zugeführten elektrischen Energie muss zum -Beispiel
genau erfolgen. Weiterhin muss das Programmieren des Zuführens einer inerten Atmosphäre
an die Naht während des Schweissens, falls eine solche Atmosphäre notwendig ist,
mit dem Festlegen der jeder Elektrode zugeführten elektrischen Energie koordiniert
werden, und es kann erwünscht sein, dass bevor@der Schweisstrom durch die Elektrode
geleitet wird, ihr ein Hochfrequenzsignal übertragen wird, um den Lichtbogen zwischen
dem Werkstück und der Elektrode zum wirksamen Schweissen aufzubauen. Wie gut bekannt,
besteht beim Schalten von Gleichstrom ein grösserer Überschlag, als als Scnweisstrom
verwendet werden kann und deswegen muss ein Mittel zum Herabsetzen dieses Überschlags,
zum Beispiel durch Unterbrechen des Schweisstromes vor dem Aufschalten auf andere
Elektroden, vorgesehen werden. Die vorliegende Erfindung ist auf die Lösung dieser
Probleme gerichtet, wobei eine Schweiesvorrichtungs-Steuerung vorgesehen ist, die
bei einer Vielfachel.ektroden
-Schweissvorrichtung verwendet werden
kann, um die Speisung besagter Elektrodentnit Energie in einer programmierten Folge
zu steuern. Während die beschriebene Ausführungsform ein Lichtbogenschweissystem
mit vielfachen, sich nicht verbrauchenden, entlang einer Schweissnaht verteilten
Elektroden benützt, versteht es sich, dass diese Steuerung auf andere Schweissverfahren,
wie Plasmalichtbogen, Elektronenstrahl usw., anwendbar ist. Deshalb sollen, wo der
Ausdruck Elextrode verwendet ist, Schweisspitzen, Bündelstrahler und dere#l. mit
eingescnlossen sein, da einige gleiche Steuerungsprobleme beim Steuern dieser Schweissverfahren
bestehen, wenn sie vielfache Elektroden, wie sie in dem beschriebenen Zichtbogenverfahren
vorhanden sind, verwenden.
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Es ist Ziel dieser Erfindung, eine Schweissvorrichtungs-Steuerung
zur Verwendung bei einer Vielfachelektroden-Schweissvorrichtung vorzusehen, die
entlang der Schweissnaht angeordnete Elektroden benützt, wobei die Steuerung das
Speisen der Elektroden mit Energie und die anderen für einen wirksamen Schweissprozess
notwendigen Funktionen programmiert. Gemäss der Erfindung ist eine Steuerung für
eine Lichtbogenschweiss-Vorrichtung vorgesehen, die eine Anzahl von entlang der
Schweissnaht verteilten Elektroden enthält und eine Quelle für den Schweisstrom
für die Elektroden einschliesst, in der eine Quelle für Hochfrequenzenergie vorgesehen
ist und in der Schaltmittel den Schweisstrom und die Hochfrequenz-.
energie
zu ausgewc,:.hlten Elektroden in einer programmierten Folge leiten. Um die Zeit-Intervalle
einzustellen, in der jede -1!,lektrode mit Energie gespeist wird, sind die Zeitdauer
festlegende Mittel vorgesehen, die die Schaltmittel so einstellen, dass sie die
ausgewählten Elektroden anschalten und abschalten.
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Die angefügte Zeichnung stellt schematisch die elektrische Steuerung
zum Ausführen des Vielfachelektroden-Schweissverfahrens dar.
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Der Strom wird von eine etromquelle 40 geliefert, um die Zeitungen
41 und 42 und damit die jeweils mit beiden Zeitungen verbundenen, einzelnen Steuerstromkreise
mit Strom zu speisen. Die einzelnen Steuerstromkreise sind links von der Zeitung
41 mit der Betätigungsspule usw. und von den verschiedenen, in diesen Stromkreisen
eingeschlossenen und durch die entsprechenden Bezugskennzeichen gekennzeichneten
Teilen der Steuerung fortlaufend_nummeriert. Rechts der Leitung 42 sind die Bezugsziffern
der Stromkreise aufgeführt, welche durch die aktiven Teile des Stromkreises betätigte
Kontakte enthalten, neben dem sie aufgeführt sind. Deshalb können durch Bezugnahme
auf einen Stromkreis und Angabe der Bezugszeichen an der rechten Seite des Stromkreises
die anderen Stromkreise, auf die die Betätigung dieses Stromkreises einwirkt, ausfindig
gemacht werden. Die Kontakte sind in ihrer normalen Stellung gezeigt, d.h. sie sind
normalerweise
geschlossen oder normalerweise geöffnet, wenn die
Betätigungsspule nicht mit Strom gespeist wird.
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Im Stromkreis 1 ist ein Einschalt-Druckknopf-Schalter 45 zum Speisen
der Steuerung mit Energie so vorgesehen, dass, wenn der Druckknopf-Schalter geschlossen
wird, die Relaisspule CR1 gespeist wird, und dadurch der Kontakt CR1B im Stromkreis
2 geschlossen wird. Der Stromkreis 2 wirkt als Haltekreis um den Druckknopf 45,
um die Spule CR1 nach dem Auslassen des Druckknopfs weiterhin mit Strom zu speisen.
Der Kontakt CR1A in dem den Steuerstromkreis speisenden Leiter 41 wird nach Speisen
der Spule CR1 ebenso geschlossen. 4in Notschalter 46 ist zum Abschalten der Energiezufuhr
zu dem Stromkreis, falls erforderlich, vorgesehen.
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Nach Speisen des Relais CR1 und Schliessen seiner Kontakte kann der
Startschalter 47 betätigt werden, um den Steuer-Kreislauf durch Speisen der Steuerrelaisspule
CR2 und des Stromkreises 3 einzuleiten. Dieser Schalter wird durch Schliessen des
Kontaktes CR2A des Stromkreises 4 überbrückt, da der Kontakt CR5A notmalerweise
geschlossen ist. Es ist eine der primären Funktionen dieser Steuerung, zu den einzelnen
Schweisselektroden Treibfluid oder Schweisstrom in solcher Weise zu liefern, dass
das Andauern des Stromes zeitlich bestimmt ist und dass eine Kühl- oder Unterbrechungsperiode
zwischen der Speisung einer Elektrode oder Elektroden und den nächsten Elektroden
stattfinden kann. Dazu enthält der Stromkreis 5 eine Verzögerungerelaisspule
TD1
und der Schaltkreis 6 enthält eine Verzögerungsrelaisspule TD2, wobei der Schaltkreis
5 einen nor_ malerweise geschlossenen Kontakt TD2A und der Schaltkreis 6 einen normalerweise
geschlossenen Kontakt TD1A einschliesst. Die Relais TDl und TD2 arbeiten so, dass
die nach Speisung die jeweiligen Kontakte für vorbestimmte Zeitintervalle betätigen
und dann den Kontakten gestatten, in ihre normale Stellung zurückzukehren. Nach
Abschalten der Betätigungsspule stellen sich die Relais um, um diesen Kreislauf
erneut zu durchlaufen. Wenn sie in dieser Art wirken, sind die Verzögerungsrelais
in Flip-Flop-Art geschaltet, sodass nach Schliessen des Startschalters 47 das Verzögerungsrelais
TD1 für ein gegebenes Zeitintervall gespeist wird, um den Kontakt TD1A zu öffnen,
und um wiederum das Zeitverzögerungsrelais TD2 umzustellen, während das Relais TD1
in Tätigkeit ist. Nachdem TD1 für das vorgewählte Zeitintervall gespeist wurde,
schliesst es den Kontakt TD1A wieder, um TD2 des Stromkreises 6 zu speisen, welches
den Kontakt TD2A zum Abschalten und Umstellen des Relais TD1 öffnet. Das Verzögerungsrelais
TD1 wird als Schweisszeitgeber und das Verzögerungsrelais TD2, während der Tätigkeit
von TD1, als Kühlzeitgeber bezeichnet. Der Schweissstrom kann, wie später zu ersehen,
zu einer vorgewählten Schweisselektrode oder -elektroden fliessen und während des
Arbeitens des Zeitgebers TD2 fliesst kein Schweisstrom zu irgendeiner Elektrode,
Diese Periode ist als die Kühlperiöde bezeichnet, während der das Werkstück abkühlen
kann. Das Festlegen der Zeitdauer für die Kühlperiode wird durch die
Notwendigkeit
bestimmt, sowohl das Werkstück vor dem Auf -heizen auf einen Punkt, bei dem innere
Spannungen im Material verursacht werden, zu bewahren, als auch Zeit zum Umschalten
des ätroms auf andere Elektroden zu gewähren, um den Schweissvorgan@Y fortzusetzen.
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Um den Schweisstrom zu steuern, wenn der Zeitgeber TD1 gespeist wird,
sind die Kontakte 1D1:5 des Stromkreises 7 geschlossen, um das S-tc@uerrela.is CR3
zu speisen. Iiach Speisen des Steuerrelais CR3 wird der Kontakt CR3A des Stromkreises
22A geschlo: seil, um den Steuerstromkreis 48 A eines in Reihe mit einer Stromversorgung
49 geschalteten Ignitrons 48 zu speisen. Die Stromversorgung 49 speist die Schweisstrom-
oder Treibfluid-Versorgung 50 durch die Leitung-en 49a. Die Schweissstrom-Versorgung
50 kann eingestellt werden, um den gewünschten Schweisstrom durch die Zeitung 51
und einen Transformator 52 zu einem Kommutatorschalter C1 zu liefern, der eine Kommutatorbürste
oder einen Kommutatorarm hat, die sich jeweils mit einem der Kontakte 54A, 54B,
54C, 54D und 54E, welche durch Zeitungen mit einer Reihe sich nicht verbrauchender
Elektroden 554 55B, 55C, 55D und 55E verbunden sind, in Kontakt befinden.
Während die Anzahl der Elektroden in der Darstellung begrenzt ist, versteht es sich,
dass jede Anzahl von Elektroden, abhängig von den Erfordernissen der Schweissanwendung,
vorgesehen werben kann. Die Elektroden 55 sind entlang einem Werkstück 56 angeordnet
und sind nach einer Schweissnaht 57 in normaler Art ausgerichtet, wobei ein Erdleiter
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vorhanden ist, der denSchweisstrom zu der Schweissstromversorgung 50 zurückführt.
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Der Schweissvorgang wird, wie in der vorerwähnten Patentanmeldung
beschrieben, durch eine aufeinandezfolgend programmierte Speisung der Llektroden
55 bewirkt, um eine stetige Schweissung entlang der Schweissnaht 57 zu bilden. Diese
Schweissnaht ist von der Umhüllung 59 umgeben, die mit einer inerten Atmosphäre
durch eine Röhre 59A versorgt werden kann, wobei diese Versorgung durch das magnetisch
gesteuerte Ventil SV1 gesteuert wird. Dieses wird in der geöffneten Stellung gespeist,
wenn der Kontakt CR1A nach Betätigung des ßinschaltknopfes 45 des Stromkreises 1
geschlossen wird. Zusätzlich können Kühlwasser für das Ignitron oder andere Funktionen
in der gleichen Art gesteuert werden.
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Um das Zustandekommen des Lichtbogens zwischen der Elektrode 55 und
der Schweissnaht zu unterstützen, wird ein Hochfrequenzsignal dem Schweisstromsignal
zugefügt. Es wird durch die Hochfrequenzsignalquelle 60 geliefert, die durch den
Transformator 52 an den Schweisstromkreis angekoppelt ist. Der Kondensator CAP1
überbrückt die Schweisstromversorgung in der Rückleitung des Hochfrequenzsignalstromkreises.
Das Hochfrequenzsignal kann zum Beispiel 2 000 bis 4 000 Volt und eine Frequenz
von 1,5 MHz haben, wobei dieses Signal dazu dient, das Gas zwischen der Lylektrodenspitze
und dem Werkstück zum geeigneten Leiten des Schweisstromes zu ionisieren, um den
Lichtbogen
für den Schmelzschweissprozess im wesentlichen aufzubauen.
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Nachdem der Zeitgeber TD1 soweit gelangt ist, dass er das Schliessen
des Kontaktes TD1A erlaubt, wird der Zeitgeber '2.D2 gespeist, um die Kühlperiode
zu bewirken. Im Stromkreis. wird dadurch der Kontakt TD2B geöffnet, was das Abschalten
der Schrittschalterspule SS1 gestattet. Mit dem Abschalten des Schrittschalters
SS1 wird der Anker SS1A in Kontakt bewegt, weswegen auf jede andere Abschaltung
von SS1 der Schalter SS1A den Stromkreis durch die in Reihe mit jedem anderen Kontakt
des Schalters SS1A geschaltete Steuerrelaisspule CR4 schliesst.
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Des Sehalter SS1A steuert indirekt die Speisung des Schrittmotors
SM1, indem er die Speisung des Steuerrelais CR4 des Stromkreises 10 steuert, das
die Kontakte CR4A und CR4B jeweils der Stromkreise 13 und 14 hat. Der Stromkreis
11 enthält die Primärwindung des Transformators TR1, wobei die Sekundärwindung dieses
Transformators mit einem Vollweggleichrichter R1 des Stromkreises 12 verbunden ist.
Dabei verläuft die positive Seite über einen normalerweise offenen Kontakt CR4B
und dem normalerweise geschlossenen Kontakt CR5D durch die_Schrittmotorwindung SM1
zurück zu einer Mittelanzsapfung der Sekundärwindung von TR1. Die negative Seite
der Gleichrichters R1 ist mit der Sehrittmotorwindung SMl durch den normalerweise
geschlossenen Kontakt OR4A und den Kontakt CR5D
des Stromkreises
13 verbunden. Die Speisung des Steuerrelais CR4 veranlasst, dass seine Kontakte
in den Stromkreisen 13 und 14 sich vom Öffnen und Schliessen umschalten, und die
Kontakte schalten deswegen den Schrittmotor SM1 abwechselnd auf entgegengesetzte
Polaritätspole des Vollweggleichrichters R1. Der Strom durch SMl.wird jedesmal umgekehrt,
wenn das Steuerrelais CR4 des Stromkreises 10 entweder gespeist oder abgeschaltet
wird, und lässt den Motor sich einen Schritt weiter bewegen.
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Bezugnahmend auf den Kühlzeitgeber TD2, der die Speisung des Schrittschalters
SS1 durch den Kontakt TD2B steuert, wenn der Kühlzeitgeber TD2 gespeist wird, veranlasst
die Tätigkeit des Schrittschalters SS1 den Schrittmotor SM1, sich eine Stellung
weiterzubewegen. Der Schrittmotor SM1 betätigt den Kommutator Cl, um den Kommutatorarm
53 zu dem nächsten Elektrodenkontakt 54 während der Kühlperiode des Zeitgebers TD2'
zu schalten. Auf diese Weise wird der Kommutator Cl nur während der Kühlperiode
geschaltet, da zu dieser Zeit der Zeitgeber TD1, um den Kontakt TD1B zu öffnen,
und um wiederum das Steuerrelais CR3 abzuschalten, abgeschaltet ist. Das Steuerrelais
CR3 steuert die Speisung der Schweisstromversorgung 50, indem es die Leitfähigkeit
des Ignitrons 48 steuert und dadurch dem Kommutator C1 erlaubt, nur während der
Zeit zu schalten, in der kein Schweisstrom fliesst, um das Leben dieses Kommutators
durch Begrenzen des Liehtbogenübersohlags der Kontakte zu verlängern. Das Ignitron
48 oder eine ähnliche
Schaltvorrichtung wird benützt, um jeden
Uberschlag zu be-Crenzen, der durch Abschalten vier Stromquelle von der Schweisstrom-Versorgung
verursacht wird, und ihm zu widerstehen. Obgleich in dieser Ausführungsform das
Hochfrequenz« Signal von der Quelle 60 durch den Schweisstromkreis während dessen
Schalten geführt wird, bietet, da dieser ein Wechsel-Strom von niedriger Stromamplitude
ist, das Schalten keine Probleme, verglichen mit dem Schalten des Schweisstromes
mit hoher .Amplitude. Jedoch kann dieses Signal, falls gewünscht, in der gleichen
Weise wieder Schweisstrom unterbrochen werden. Der Stromkreis 17 enthält einen zweiten,
mit SS1B gekennzeichneten Schalter des Schrittschalters SS1, der einen eine Reihe
von Kontakten 64 berührenden Kommutatorarm 63 hat, wobei zu jedem Kontakt ein Anzeigelicht
in Reihe geschaltet ist. Jedes Fortschreiten des Schrittschalters SS1 erleuchtet
ein Licht und dieses zeigt zu jeder Zeit die Stellung des Stufenschalters und dadurch
die Elektrode an, die in dem Kreis angeschaltet ist.
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Der Stromkreis 19 enthält einen dritten, mit SS1C gekennzeichneten
Schalter des Schrittschalters S81, der einen Kommutatorarm 65 mit einer Reihe von
Kontakten 66 enthält, die umgekehrt durch Einzelleiter mit der gleichen Anzahl von
Kontakten 67 eines handbetätigten Schalters Dl verbunden sind. Dieser hat einen
Kommutatorarm 68 in Reihenschaltung mit einem Steuerrelais CR5. Nachdem eine ausgewählte
Anzahl von
Elektroden gespeist wurde, ist dieser Schaltkreis dazu-bestimmt,
den Schrittschalter und den Kommutator Dl in die einleitende Startstellung .zurück
zu bringen und den Zeitgeber zur Vorbereitung des nächsten Kreislaufs des Schweissvorgangs
abzuschalten. Der Schalter Dl befindet sich auf dem Kontakt, der dem Kontakt der
vorigen, zu speisenden Elektrode folgt und bei jedem Schritt des Schrittschalters
SS1 bewegt sich der Anker 65 in Kontakt bis dort, wo er den Kontakt 66 erreicht,
der dem Kontakt der Kontaktreihe 67 entspricht, an der sich der Kommutatorarm 68
befindet. Wenn der Kommutatorarm 65 diesen Kontakt erreicht, wird die Kontrollrelaisspule
CR5 gespeist, da der Stromkreis 19 geschlossen ist, und schliesst dabei den
Kontakt CR5E des Kreises 18, um das Relais CR5 weiterhin durch die Kontakte
69 zu speisen. Diese sind, ausgenommen in derStartstellung, geschlossen.
Zusätzlich öffnet der Kontakt CR5A im Stromkreis 4 den-Startkreis, um das Relais
CR2 abzuschalten und bei dem Zeitgeber TD1 das Schliessen des Kontaktes TD1A im
Stromkreis 5 zu beenden. Der Zeitgeber TD2 bleibt bis zum Ende seiner Betriebsperiode
in Tätigkeit, und tritt dann ebenso ausser Tätigkeit, da er durch seine normale
Betätigung die Tätigkeit am Ende der Zeitgeberperiode beendigt. Weiterhin öffnet
der Kontakt CR5B im Stromkreis 8, um den Schrittschalter SS1 von der Steuerung des
Ver$ögerungerelaiskontaktes TD2B abzuschalten und gestattet, dass er, da der Kontakt
CR5C des Stromkreises 9 schliesst, in raschen Schritten durch den Unterbreeherkontakt
SS-INT geschaltet wird. Dieser Kontakt SS-INT schliesst und öffent wiederholt,
bis
der Schalter SS1 die Anfangsstellung erreicht, in welcher die Zeitkontakte SS-ONS,
welche mechanisch mit dem Kommutatorarm des Schalters SS1 verbunden sind, sich öffnen,
um den Stromkreis 9 abzuschalten.
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Zur gleichen Zeit öffnet der Kontakt CR5D des Stromkreises 13, um
die Spule des Schrittschaltmotors SM1 von der Steuerung des Relaiskontaktes CR4A
abzuschalten, während der Kontakt CR5E im Stromkreis 15 schliesst, um den Schrittschaltmotor
mit den Stromkreismotorkontakten T1A und T1B zu verbinden. Der Stromkreis 21 enthält
den Kontakt CR5G, der schliesst, um den Stromkreismotor T1 zu speisen: Dieser ist
so geschaltet, dass er die Kontakte T1A und T1B der Stromkreise 15 und 16 rasch
öffnet und schliesst, um dem Schrittschaltmotor S1`.D- in seine Anfangsstellung
zu bewegen. Wenn der durch den PIotor SM1 annetriebene Kommutator Cl die Startstellung
erreicht, öffnet der normalerweise geschlossene Schalter 69 des Stromkreises 18,
und da der Kommutator SS1C nun ebenso zu der Startstellung bewegt wird, wird der
Speisungsstromkreis zu der Spule CR5 des Stromkreises 19 geöffnet, und der ganze
Stromkreis wird zurück bis zum Anschaltknopf 45 des Stromkreises 1 abgeschaltet.
Die Steuerung ist nun in einer Stellung, in der sie die nächste Betätigung erwartet,
die durch Schliessen des Startknopfes 47 des Stromkreises 3 eingeleitet werden kann.
Wenn aus irgendwelchen Gründen, zum Beispiel in einem Notfall, der Nothalteknopf
des Stromkreises 1 betätigt wird, werden
alle Betätigungen der
Steuerung an diesem Punkt angehalten, wobei durch die Stufenschalter keine zurückstellende
Wirkung eintritt, da hierdurch der ganze Schaltkreis abgeschaltet wird. Wenn der
Anschaltknopf 45 wieder niedergedrückt wird, um die Steuerung für einen Schweisskreislauf
vorzubereiten, befindet sich die Steuerung an dem gleichen Punkt, wie er durch das
Anzeigelicht des Stromkreises 17 bestimmt wird. Diese Stellung wird jedoch, falls
ein Nothalt bewirkt wurde, normalerweise nicht an der eigentlichen Angangsstellung
sein. Der Stromkreis 20 enthält deshalb einen Rückstellknopf 70, der das Steuerungsrelais
CR5 des Stromkreises 19 speist, um eine Rückstellbetätigung einzuleiten. In diesem
fall findet der vorher beschriebene Rückstellvorgang vollständig statt und die Steuerung
wird wieder in die Startstellung gebracht.