DE1565193B2 - Schaltungsanordnung zum lichtbogen- reihenpunktschweissen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Lichtbogen-Punktschweißen mit mehreren örtlich nebeneinander angeordneten und an eine gemeinsame Stromquelle anschließbaren Elektroden.

Bei einer bekannten Schaltungsanordnung dieser Art werden die Lichtbogen sämtlicher Elektroden gleichzeitig gezündet und gelöscht. Dies setzt eine leistungsstarke Stromquelle voraus. Da die Pausen zwischen den Brennzeiten der Elektroden im Vergleich zu den Ausschaltzeiten der Elektroden in der Regel lang sind, wird der nach der maximalen Leistung in der kurzen Brennzeit dimensionierte Speisestromkreis nicht wirtschaftlich ausgenutzt (DT-PS 10 06 987).

Bei einer anderen bekannten Schaltungsanordnung zum Lichtbogenschweißen mit mehreren örtlich nebeneinander angeordneten Elektroden ist zur Steuerung der Energiezufuhr zu den einzelnen Elektroden ein Programmschaltwerk vorgesehen, das den Lichtbogen der einzelnen Elektroden unabhängig voneinander in Abhängigkeit von der herzustellenden Schweißverbindung, die der einzelnen Elektrode zugeordnet ist, steuert. Auch bei dieser Einrichtung muß wegen der unabhängigen Energiezufuhr zu den einzelnen Elektroden die Stromquelle groß genug sein, um genügend Energie liefern zu können, wenn gleichzeitig alle Elektroden durch das Programmschaltwerk eingeschaltet werden (US-PS 31 14 829).

Bei einer weiteren bekannten Schaltungsanordnung zum Widerstands-Reihenpunktschweißen werden die einzelnen Elektroden nacheinander eingeschaltet. Da beim Widerstandsschweißen gänzlich andere Verhältnisse als beim Lichtbogenschweißen vorliegen, kann die bekannte Schaltungsanordnung keine für das Lichtbogenschweißen verwendbare Schaltungsmaßnahmen beim Zünden und Löschen des Lichtbogens liefern (Zeitschrift »Schweißen und Schneiden« Jahrg. 4 (1952), Heft 6, S. 194-198).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wirtschaftlich aufgebaute Schaltungsanordnung zum Lichtbogenschweißen der eingangs genannten Art zu schaffen, die die besonderen Probleme beim Zünden und Löschen der Lichtbogen der einzelnen Elektroden berücksichtigt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß an dem Speisestromkreis der Elektroden ein von einem Programmschaltwerk gesteuerter Abzweig-Stromkreis angeschlossen ist, der bei Sperrung im Speisestromkreis einen Zündspannungsimpuls erzeugt und bei Stromdurchgang die Stromzufuhr zu den Elektroden unterbricht, daß ein vom Programmschaltwerk gesteuerter Zündstromkreis zur Auslösung des Lichtbogens an dem Speisestromkreis gekuppelt ist und daß die Elektroden mittels eines von dem Programmschaltwerk derart gesteuerten Umschalters an die Stromquelle anschließbar sind, daß beim Auslösen des Zündspannungsimpulses nur jeweils eine Elektrode an dem Stromkreis angeschlossen ist und die gezündete Elektrode vom Speisestromkreis erst nach Unterbrechung der Stromzufuhr durch den Abzweigstromkreis und Erlöschen des Lichtbogens sowie nach Anschluß

der nächsten Elektrode an dem Speisestromkreis getrennt wird.

Mit dieser Schaltungsanordnung wird erreicht, daß die Schweißstromquelle unter Betriebsbedingungen arbeitet, die der weitgehend gleichmäßigen Stromlieferung an einen einzigen, dauernd brennenden Lichtbogen entsprechen, obwohl in Wirklichkeit eine Vielzahl von einzelnen Lichtbogen nacheinander jeweils kurzzeitig brennt. Aus diesem Grunde kann die Stromquelle wesentlich schwächer als die Stromquelle der beschriebenen Schaltungsanordnungen zum Lichtbogen-Punktschweißen mit mehreren Elektroden dimensioniert werden. Aus dem gleichen Grunde wird die Stromquelle trotz der gewöhnlich hohen Induktivität eines Lichtbogenschweißstromkreises beim Zünden und Löschen eines Lichtbogens nicht übermäßig stark mit nicht überschaubaren Einschwing- und Entladungsvorgängen belastet.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung ist beispielsweise in den Figuren dargestellt.

F i g. 1 ist ein Schaltschema der erfindungsgemäß getroffenen Anordnung;

F i g. 2 ist eine Zeittafel, weiche den Funktionsablauf der Anordnung wiedergibt.

Die praktische Ausführung der Erfindung sieht eine Schweißanordnung vor, die mehrere Elektroden zur Vornahme mehrerer Punktschweißungen an verschiedenen Stellen des Werkstücks aufweist. Die Elektroden sind über Schaltmittel, wie Relais, an den Speisekreis angeschlossen, der Hochspannungsimpulse zur Zündung der Bogen und zu deren Aufrechterhaltung liefert. Der Stromkreis zur Erzeugung der Hochspannungsimpulse enthält einen Gleichrichterkreis, der parallel an den Klemmen der Stromquelle liegt und hieraus den Vorzündungsstrom einnimmt. Dieser wird zur Einleitung des Bogens verwendet und dient auch zur Ableitung des Stroms zwecks Löschung des Bogens. Wenn die Zeitpunkte des Einsatzes und der Löschung des Bogens exakt gesteuert werden, ist die Dauer jedes Bogens genau bestimmt.

Der Anschluß des Speisekreises wird von einem Zeitgeber gesteuert, der auch den Durchlaß durch den Shuntkreis sowie den Einsatz des Hochspannungsimpulses regelt. Der Anschluß der Elektroden wechselt, sobald kein Strom mehr fließt, um die Bildung von Lichtbogen auf den Kontakten zu vermeiden. Wenn ein j Bogen hergestellt ist, wird die nächste Elektrode j angeschlossen, die aber erst zündet, wenn ihr ein Zündhochspannungsimpuls zugeführt wird. Der an einer Elektrode aufgetretene Bogen wird durch den Durchlaß des Shuntkreises zur Ableitung des Stroms unterbrochen und der Anschluß dieser Elektrode wird aufgehoben, nachdem der Bogen unterbrochen ist.

! In F i g. 1 der Zeichnung ist eine Anordnung j dargestellt, welche fünf Schweißelektroden 10,11,12,13 j und 14 zur Herstellung von Punktschweißungen auf einem Werkstück 15 enthält. Die Elektroden sind von einer konstanten Stromquelle 18 gespeist, die über die Relaiskontakte 20, 21, 22, 23 und 24 an den Elektroden liegen. Der Strom wird von der Stromquelle 18 an Leitung 29 über die Selbstinduktionsspule 27 und eine Wicklung des Transformators 28 abgegeben. Leitung 29 liegt unter Zwischenschaltung der Relaiskontakte an den Elektroden 10 bis 14.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich Relais 20 in erregtem Zustand, so daß Elektrode 10 an der Stromquelle liegt.

Zur Verwirklichung der gewünschten Punktschweißcharakteristiken muß die Dauer des Schweißbogens genau gesteuert werden. Hierzu kann ein Stromkreis vorgesehen sein, der einen Hochspannungsimpuls zwecks Zündung des Bogens an der Elektrode liefert.

Der genannte Stromkreis enthält einen Siliziumgleichrichter mit Steuerelektrode 30, Thyristor genannt, der in Serie mit Widerstand 31 und Spule 27 an der Stromquelle liegt. Der Durchlaß des Thyristors 30 ist vom Zeitgeber 35 gesteuert und wird durchlässig gemacht, um den Stromdurchgang durch die Spule 27 sicherzustellen, bevor man einen Schweißbogen zu zünden wünscht.

Zur Lieferung eines Hochspannungsimpulses zwecks Zündung des Schweißbogens liegt eine Funkenstrecke mit Wolframelektrode 40 in Serie mit einem Kondensator 42 und einer Primärwicklung 41, die mit der Sekundärwicklung 28 gekoppelt ist. Kondensator 42 wird vom Transformator 43, der an der Wechselstromquelle liegt, mit Strom versorgt. Dieser Strom wird von den Dioden 44 und 45 gleichgerichtet derart, daß sich an den Klemmen des Kondensators 42 eine Spannung entwickelt. Der in Serie mit Widerstand 47 liegende Schalter 46 überbrückt den Kondensator 42, um ihn während des Vorgangs zu entladen.

Ein Entladungskreis ruft die Durchlässigkeit der Funkenstrecke 40 hervor; er enthält die Thyratronröhre 50, den Kondensator 51, die Primärwicklung des Transformators 52 und den Thyristor 30. Kondensator 51 wird von einem Stromkreis aufgeladen, der den wechselstromgespeisten Transformator 53, den Gleichrichter 54 und den im Nebenschluß zum Kondensator 51 liegenden Widerstand 55 enthält und die gewünschte Zeitkonstante liefert. Das Steuergitter des Thyratron 50 liegt am Zeitgeber 35 derart, daß das Thyratron zur Entladung des Kondensators 51 im Transformator 52 in einem bestimmten Augenblick ausgelöst wird. Bei der Entladung leitet Kondensator 51 den Strom des Thyristors ab und macht letzteren nichtleitend. Hierbei erzeugt die Stromunterbrechung in der Spule 27 an deren Enden einen Spannungsimpuls. Der die Zenerdiode 32 und den Widerstand 33 enthaltende Stromkreis verhindert, daß die von der Spule im Fall eines NichtZustandekommens des Schweißbogens erzeugte Spannung einen bestimmten Wert überschreitet.

Die Sekundärwicklung des Transformators 52 liegt an den Kondensatoren 57 und 58. Kondensator 58 wird von dem im Transformator 52 durch die Entladung des Kondensators 51 fließenden Impuls aufgeladen. Kondensator 58 liegt an den Elektroden der Wolframfunkenstrecke 40 und es bilden die Elektroden 60 und 62 eine erste und die Elektroden 61 und 63 eine zweite Funkenstrecke. Die Elektroden 60 und 62 liegen in Serie in einem Stromkreis, der den Kondensator 42 und die Primärwicklung 41 enthält. Der Kreis ist so ausgebildet, daß er einen schwachen Widerstand aufweist, doch sorgt die Induktivität der Wicklung 41 dafür, daß die am Kondensator 58 wachsende Spannung an den Elektroden 60 und 62 sowie 61 und 63 auftritt.

Die Spannung an den Klemmen der Elektroden 61 und 63 erzeugt einen Lichtbogen, so daß diese Spannung plötzlich auf einen schwachen Wert abfällt. Hierdurch steigt die Spannung an den Klemmen der Elektroden 60 und 62 auf einen erhöhten Wert und sie erzeugt einen Bogen zwischen ihnen.

Der von der Wechselstromquelle aufgeladene Kondensator 42 wird über den Bogen zwischen den

Elektroden 60 und 62 und über die Primärwicklung 41 entladen. Der die Wicklungen 41 und 28 enthaltende Transformator hat einen Ferritkern und vermehrt die der Primärwicklung 41 zugeführte Impulsspannung um ein Vielfaches, z. B. im Verhältnis 100:1. Diese Impulsspannung addiert sich zu der an den Klemmen der Spule 27 erzeugten, sobald der Thyristor 30 unterbrochen ist, und liefert an die Leitung 29 eine sehr hohe Spannung.

Zur Stromlieferung an den durch den Hochspannungsimpuls gezündeten Bogen ist ein Überspannungskreis vorgesehen. Er enthält den Transformator 65, der an der Wechselstromquelle sowie an einem Kupplungstransformator 66 liegt, der seinerseits zwei paarweise vorgesehene Primärwicklungen zur Lieferung des erforderlichen Stroms aufweist.

Die Sekundärwicklung des Kupplungstransformators 66 liegt unter Zwischenschaltung eines Widerstands 67 und eines Gleichrichters 68 an dem Kondensator 69 und lädt diesen auf. Schalter 70 im Zusammenwirken mit Widerstand 71 dient zur Entladung des Kondensators 69 während des Vorgangs. Kondensator 69 liegt unter Zwischenschaltung der Spule 73 und der Funkenstrecke 74 an Leitung 29. Sobald der Hochspannungsimpuls der Leitung 29 zugeführt wird, zündet die Funkenstrecke 74, wodurch Kondensator 69 über die Spule entladen und Strom an die gerade an der Leitung 29 liegende Schweißelektrode geliefert wird.

Die Relais 20 bis 24, welche die Elektroden 10 bis 14 mit der Leitung 29 verbinden, werden von einem Mehrfachschalter gesteuert, der als rotierender Schalter oder auch als Schrittschalter 75 ausgebildet sein kann. Der Mehrfachschalter weist ein Steuergerät 76, einen drehbaren Hebel 77 und zwei Anordnungen mit Kontakten in zwei Ebenen auf. Der Schalter ist in einer Stellung dargestellt, in welcher der drehbare Hebel eine positive Stromquelle 78 mit dem Kontakt 80 verbindet, der an das Relais 20 angeschlossen ist. Hierdurch werden dessen Kontakte geschlossen und es wird die Elektrode 10 an Leitung 29 gelegt. Sobald der Hebel 77 des Schrittschalters auf die folgende Stellung gedreht wird, schließt er die Kontakte 81 und 82. Kontakt 82 ist mit Kontakt 80 verbunden und hält Relais 20 in erregtem Zustand. Die Kontakte 80 und 82 des Schalters können in der Weise angeordnet sein, daß Kontakt 82 im Eingriff mit dem Hebel 77 steht, bevor Kontakt 80 abgeschaltet ist. Man kann auch, davon abweichend, ein langsam abfallendes Relais 20 wählen, derart, daß das Relais nicht abfällt, wenn der Schalter von der einen in die folgende Stellung übergeht. In der zweiten Schalterstellung schließt Kontakt 81 die Stromquelle 78 auch an das Relais 21 an, so daß die Relais 20 und 21 erregt sind.

Auf Grund der Verbindungen der Relais mit den Schalterkontakten ist erkennbar, daß das erste Relais erregt ist (in der dargestellten Stellung ist nur das Relais 20 erregt) und sodann dieses und das folgende Relais zusammen erregt werden. In der folgenden Stellung sind das zweite und das dritte Relais erregt. Die Steueranordnung 76 des Schalters 77 ist mit dem Zeitgeber 35 derart verbunden, daß das Arbeiten des Schalters 76 synchron zur Durchlässigkeit des Thyristors 30 und zur Auslösung der Thyratronröhre 50 geschieht.

Zur Erklärung der Arbeitsfolge dient die F i g. 2.

Bei Beginn des Betriebes sei angenommen, daß der Thyristor 30 undurchlässig sei und der Schalter 75 sich unmittelbar vor der in der F i g. 2 dargestellten Stellung befinde. Die Anordnung werde zur Zeit t\ in Gang gesetzt, indem der Thyristor 30 erregt wird.
Unmittelbar hierauf wird Schalter 75 in der Weise in Gang gesetzt, daß der Hebel in die dargestellte Stellung verlegt wird, wodurch Relais 20 betätigt wird. Zum Zeitpunkt fe wird durch Steuerung vom Zeitgeber 35 aus Thyratron 50 ausgelöst, das den Thyristor 30 unterbricht und einen Bogen an der Elektrode 10 zündet. Sobald der Bogen zustandegekommen ist, betätigt der Zeitgeber den Schalter 75 und läßt ihn auf die zweite Stellung vorrücken. Wie zuvor erläutert, hält dieser das Relais 20 erregt, erregt aber auch das Relais 21.

Der Bogen an der Elektrode 10 hält an, bis der Thyristor 30 von neuem zum Zeitpunkt ft gezündet wird. Wie bereits ausgeführt, schließt der Thyristor 30 den Ausgang der Stromquelle 18 kurz und leitet den Strom des Bogens von Elektrode 10 ab. Die Stromquelle liefert konstanten Strom und sobald der Strom des Bogens 10 abgeleitet ist, wird der Lichtbogen auf ein Maß zurückgeführt, daß er nicht weiterbestehen kann. Wenn der Lichtbogen unterbrochen ist, tritt Schalter 75 in Tätigkeit und verlegt den Hebel 77 in die folgende Stellung, in welcher Relais 20 abfällt und nur noch Relais 21 erregt ist. Sodann wird zum Zeitpunkt U, Thyratron 50 von neuem ausgelöst und zündet den Bogen an Elektrode 11. Hiernach wird Schalter 75 betätigt, geht in die nächste Stellung und erregt Relais 22, währenddessen Relais 21 noch erregt gehalten wird. Thyristor 30 zündet von neuem zum Zeitpunkt fe und unterbricht den Bogen an Elektrode 11.

Dieser Vorgang setzt sich fort, bis an den Elektroden 12,13 und 14 nacheinander Lichtbogen erzeugt worden sind. Wird der Bogen an Elektrode 14 unterbrochen, so wandert der Hebel des Schalters 75 von Kontakt 83 zur folgenden Stellung, in der kein Relais erregt und der Vorgang angehalten wird. Es sei bemerkt, daß die Zeitintervalle zwischen den Zeitpunkten ti, J₂, *3 - ·. nicht so, wie in F i g. 2 dargestellt ausgebildet zu sein brauchen. Das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten ti und /3, U und t% usw. steuert jeweils die Dauer der Schweißbogen an den Elektroden 10,11 usw.

Diese Zeiten können für die verschiedenen Elektroden einander gleich oder untereinander verschieden sein, um die gewünschten Schweißbedingungen zu erzielen. Es können z. B. verschiedene Zeiten notwendig sein, wenn die Dicke des Werkstücks an einer Stelle größer als an einer anderen ist.

Die beschriebene Anordnung zur Speisung mehrerer Punktschweißelektroden von einer Stromquelle aus würde als voll befriedigend befunden. Die Schaltung liefert Impulse zum Zünden des Bogens wie auch zum Unterbrechen, indem der Bogenstrom abgeleitet und so geschwächt wird, daß er nicht mehr bestehen kann. Die beschriebenen Elektroden werden in dem Augenblick an- und abgeschaltet, wenn kein Strom an sie geliefert wird. Es entstehen infolgedessen keine Schwierigkeiten mit verbrannten Kontakten beim Ein- oder Ausschalten, wenn ein starker Strom fließt.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Beispiele beschränkt; die Ausführungsformen können abgewandelt werden, ohne daß der Rahmen der Erfindung verlassen wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zum Lichtbogen-Punktschweißen mit mehreren örtlich nebeneinander angeordneten und an eine gemeinsame Stromquelle anschließbaren Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Speisestromkreis (18, 27) der Elektroden (10 — 14) ein von einem Programmschaltwerk (35) gesteuerter Abzweigstromkreis (30, 31) angeschlossen ist, der bei Sperrung im Speisestromkreis (18, 27) einen Zündspannungsimpuls erzeugt und bei Stromdurchgang die Stromzufuhr zu den Elektroden (10 — 14) unterbricht, daß ein vom Programmschaltwerk (35) gesteuerter Zündstromkreis (52, 58, 60, 61, 62, 63, 28) zur Auslösung des Lichtbogens an den Speises'tromkreis (18, 27) gekoppelt ist, und daß die Elektroden (10—14) mittels eines von dem Programmschaltwerk (35) derart gesteuerten Umschalters (75, 76) an die Stromquelle (18) anschließbar sind, daß beim Auslösen des Zündspannungsimpulses nur jeweils eine Elektrode (10-14) an dem Stromkreis (18, 27) angeschlossen ist und die gezündete Elektrode (10—14) vom Speisestromkreis (18, 27) erst nach Unterbrechung der Stromzufuhr durch den Abzweigstromkreis (30,31) und Erlöschen des Lichtbogens sowie nach Anschluß der nächsten Elektrode an dem Speisestromkreis (18,27) getrennt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (75, 76) die nächste Elektrode (10—14) an den Speisestromkreis (18, 27) anschließt, bevor der Lichtbogen der gezündeten Elektrode (10-14) gelöscht ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Speisestromkreis (18,27) jeder Elektrode (10-14) durch die Kontakte jeweils eines diesem Speisestromkreis (18, 27) zugeordneten Relais (20-24) schließbar ist, das aus einer Stromquelle (78) über den Umschalter (75) gespeist wird, wobei der Umschalter (75) mehrere aufeinanderfolgende Stellungen (80,81,82,83) hat, in deren erster Stellung (80) nur ein erstes Relais (20), in deren zweiter Stellung (81, 82) das erste Relais (20) und das zweite Relais (21), in deren dritter Stellung nur das zweite Relais (21), in deren vierter Stellung das zweite Relais (21) und das dritte Relais (22) usw. gespeist werden.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweigstromkreis (31,32) in Reihe zu einer Spule (27) und parallel zu dem die Elektroden (10—14) enthaltenden Teil des Speisestromkreises liegt.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 —4, dadurch gekennzeichnet, daß der Abzweigstromkreis (30, 31) einen Thyristor (30) aufweist, dessen Steuerelektrode am Programmschaltwerk (35) angeschlossen ist, und der mittels eines von einem Entladestromkreis (50, 51, 53, 54) gelieferten Impulses sperrbar ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Auslösung des Entladestromkreises (50, 51, 53, 54) ein vom Programmschaltwerk (35) gesteuertes Thyratron (50) vorgesehen ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestromkreis (50, 51, 53, 54) zur Auslösung des Zündstromkreises (52, 58, 60, 61, 62, 63, 28) in Abhängigkeit von dem Impuls des Entladestromkreises (50, 51, 53, 54) an den Zündstromkreis (52, 58, 60, 61, 62, 63, 28) gekoppelt ist.