DE1765500A1 - Lichtbogenschweissgeraet - Google Patents

Description

t)R. JNG. ERNST

PÄTENtANWALT

A 14768 MÜNCHEN- 22 29. Mai I968

WIDENMAYERSTR δ EM/Haß

Firma DYNATECH CORPORATION, 17 Tudor Street, Cambridge, Massachusetts, USA

Lichfbogenschweißgerät

Die Erfindung betrifft ein Lichtbogenschweißgerät mit einer Hauptelektrode, einer zurückfahrbaren Zündelektrode, einer Schutzgasquelle sowie einer Schweißstromquelle.

Anwendungsgebiet der Erfindung ist die Schweißung kleiner Bauelemente insbesondere in einer Schutzgasatmosphäre, wodurch eine Oxydation und andere Verunreinigungen der Werkstücke verhindert werden soll. Bspw. werden bei der Herstellung eines Thermoelementes die Enden zweier dünner Drähte aus verschiedenen Werkstoffen zur Bildung eines thermoelektrischen Übergangs miteinander verbunden. Die Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Schweißung der Drähte. Für eine genaue Wirkungsweise des Thermoelementes dürfen keine Verunreinigungen vorhanden sein. Deshalb erfolgt die Sehweißung in einer Schutzgasatmosphäre; zwischen dem Werkstück und anderen Elektroden darf bei der Erzeugung

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des Schweißlichtbogens keine Berührung vorkommen.

Es ist bereits ein Lichtbogenschweißgerät für derartige kleine Bauelemente vorgeschlagen, wo die miteinander zu verschweißenden Drähte zunächst in einer Halterung befestigt werden. Diese Halterung wird dann in eine Kammer eingestellt, die die Schweißelektroden enthält, und ein Schutzgasstrom wird durch die Kammer geleitet. Dann wird ein Zündlichtbogen zwischen einer Hauptelektrode und einer Zündelektrode gezündet. Dieser Zündlichtbogen wird durch das Schutzgas auf das Werkstück, d.h. die beiden miteinander zu verschweißenden Drähte übertragen, so daß ein Schweißlichtbogen zwischen den werkstücken und der Hauptelektrode brennt. Man läßt diesen Lichtbogen während einer für die Verschweißung ausreichenden Zeitdauer brennen und löscht ihn dann aus. Schließlich wird der Schutzgasstrom abgesperrt, nachdem sich die Werkstücke ausreichend abgekühlt haben.

Dieses Lichtbogenschweißgerät erfüllt die Hauptanforderungen der Schutzgasschweißtechnik, daß nämlich ein Kontakt zwischen den vVerkstücken und anderen Elektroden vermieden ist. Das Gerät hat einen kompakten Aufbau und arbeitet teilautomatisch, wodurch die Herstellung von Thermoelementen bereits vereinfacht wird. Deshalb hat dieses Gerät eine weite Verbreitung gefunden.

Aufgabe der Erfindung ist eine weitere Verbesserung dieses Lichtbogenschweißgerätes. Im einzelnen soll der

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Arbeitsablauf automatisiert werden. Die verschiedenen Verfahrensgrößen sollen in wiederholbarer .veise ein-' stellbar sein, damit die Schweißbedingungen im einzelnen gesteuert werden können. Dies gilt insbesondere für die Intensität und Dauer des Lichtbogens, Line weitere wichtige Größe ist die Dauer des ochutzgasflusses durch die Schweißkammer vor dem Beginn der Lichtbogenzündung und nach dem Auslöschen des Lichtbogens, damit die ^

geschweißten Teile durch atmosphärische Bestandteile nicht verunreinigt werden können.

Diese Aufgabe wird nach der Lrfindung dadurch gelöst, daß ein Schieberegister eine Mehrzahl jeweils (mit Ausnahme der ersten) durch die vorhergehende Stufe gezündeter Stufen aufweist, deren erste bei Lrregung die •Schutz gas quelle einschaltet, deren zweite bei .erregung die Schweißstromquelle einschaltet, deren dritte "bei Erregung die Schweißstromquelle abschaltet und deren vierte bei -Erregung die Schutzgasquelle abschaltet. '

Dieses Schweißgerät ermöglicht eine einfache .änderung der Arbeitsbedingungen für ..erkstücke aus verschiedenen Stoffen, verschiedener Größe oder verschiedener form. Das Schweißgerät hat einen raumsparenden Aufbau, ein geringes Gewicht und arbeitet zuverlässig. Das Schweißgerät kann mit Leichtigkeit durch Personen ohne Spezialausbildung bedient werden.

Die Bedienungsperson setzt den Schweißvorgang durch

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Einschaltung der ersten .Registerstufe ingang, wodurch ein elektrisch gesteuertes Ventil den Schutzgasstrom in die Schweißkammer einschaltet. Nach einem festgelegten Zeitintervall, das für die Säuberung der Schweißkammer von Verunreinigungen erforderlichtist, wird die zweite Stufe des Schieberegisters automatisch eingeschaltet und die erste Stufe abgeschaltet. Die zweite Stufe des Schieberegisters hält jedoch den Schutzgasstrom ingang und schaltet zusätzlich den Schweißstrom eim. Nach einer weiteren festgelegten Zeitdauer wird die dritte Schieberegisterstufe eingeschaltet. Dadurch wird die zweite üegisterstufe abgeschaltet, so daß der Schweißlichtbogen verlöscht, doch der Schutzgasstrom in der Schweißkammer dauert weiter an. Nachdem schließlich das werkstück soweit abgekühlt ist, daß es durch normale atmosphärische Bestandteile nicht beeinträchtigt wird, wird eine vierte Hegisterstufe erregt^ so daß die dritte üegis.t erstufe abgeschaltet wird, womit auch der Schutzgasstrom gesperrt wird.

Der Gleichstrom für den Schweißlichtbogen wird aus einer «echselspannungsqufelle entnommen. Eine Phasenanschnittsteuerung mit gesteuerten Siliziumgleichrichtern dient zur Steuerung des Schweißstromes. Dies erleichtert eine einfache Einstellung der Intensität des lichtbogens.

Die Anwendung eines Schieberegisters zur zeitlichen Steuerung der verschiedenen Funktionen des Schweiß-

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'organgs ergibt eine genaue und wiederholbare Zeitsteuerung, die außerdem innerhalb eines weiten Betriebsbereiches mit Leichtigkeit eingestellt werden kann. Die benutzte .Schaltung für die Zeitsteuerung eines jeden -Funktionsablaufs ist vergleichsweise einfach. Infolgedessen kann das gesamte System zur Zeitsteuerung aller Funktionsablaufe und damit zur vollständigen Automatisierung des ochweißvorgangs mit geringen Kosten hergestellt werden.

Die ürfindung wird nunmehr anhand eines bevorzugten AusführungsbeispieIs unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung erläutert, die ein üchaltbild des Lichtbogenschweißgerätes nach der Erfindung zeigt.

Das Lichtbogenschweißgerät ist aus einem Arbeitsteil 10, einer Sohweißstromquelle 12 und einem oteuerteil 14 aufgebaut.

Innerhalb des Arbeitsteils 10 werden die miteinander zu verschweißenden Werkstücke, z.B. die Thermoelement-Drähte 16a und 16b, innerhalb einer !Spannvorrichtung 18 in stellung gegeneinander gehalten. Die ».erkstücke selbst bilden eine Hauptelektrode des ochweißgerates. Eine zweite Elektrode 2o im Abstand von den vVerkstücken bildet die andere Hauptelektrode. Zusätzlich ist rechtwinkelig zvSiev Achsrichtung der Elektrode 20 eine zurückfahrbare Zündelektrode 22 angeordnet und so eingestellt,

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daß sich, die Enden der Elektroden 20 und 22 normalerweise berühren.

Ein Schutzgas wird mittels eines Ventils 26 über eine ringartige Düse 28, die die elektrode 20 umgibt, in die Arbeitskammer eingegeben, Las aus der Düse 28 ausströmende Gas ist gegen die Elektrodenspitzen und gegen die Aerkstücke 16a und 16b gerichtet, so daß man im Bereich der Schweißflache eine Schutzgashaube erhält und damit eine Verunreinigung der werkstücke durch Bestandteile der Atmosphäre'verhindert.

Nachdem das ochutzgas den Schweißbereich auf den Werkstücken gereinigt hat, erregt der Steuerteil 14- die Schweißstromqüelle 12, die eine hohe Spannung zwischen der Spannvorrichtung 18 und der Elektrode 20 anlegt. Die Schweißstromqüelle 12 gibt auch Spannung an die Zündelektrode 22 ab, die über einen Widerstand 30 mit der Spannvorrichtung 18 verbunden ist. Da die Elektroden 20 und 22 einander berühren, nimmt der diese beiden Elektroden enthaltende Stromkreis mehr Strom auf als der Stromkreis, der die Elektrode 20 und die Spannvorrichtung 18 enthält. In diesem Zeitpunkt erregt der Steuerteil 14 die Spule 23, so daß die Zündelektrode 22 zurückgefahren wird und ein Lichtbogen 34 zwischen der Zündelektrode 22 und der Hauptelektrode 20 zieht. Das aus der Düse 28 in Hichtung der Werkstücke 16a und„ 16b ausströmende Schutzgas überträgt jedoch den Licht-

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bogen 34 auf die Werkstücke 16a und 16b als Schweißlichtbogen 34a. Sobald der Schweißlichtbogen 34a einmal ausgebildet ist, nimmt der Strom in dem Spalt zwischen den Elektroden 20 und 22 ab und reicht zur Aufrechterhaltung des Zündlichtbogens 34 nicht mehr aus.

Der Schweißlichtbogen 34a bleibt bestehen, bis der Schweißvorgang abgeschlossen ist. Darauf schaltet der Steuerteil 14 die Schweißstromquelle 12 ab, so daß der lichtbogen verlöscht. Gleichzeitig hört die Erregung der Spule 23 auf, s.p daß die Zündelektrode 22 wieder ihre Ausgangsstellung in Anlage an der Elektrode 20 einnimmt. Nachdem dann die »erkstücke ausreichend abgekühlt sind, so daß sie durch atmosphärische Bestandteile nicht mehr beeinträchtigt werden, sperrt der Steuerteil 14 das Ventil 26 ab. Infolgedessen hört der Gasstrom durch die Düse 28 auf und ein Schweißvorgang ist abgeschlossen.

Eine mehr ins einzelne gehende Beschreibung der verschiedenen Bauelemente des Arbeitsteils 10 befindet sich bereits an anderer Stelle, so daß auf eine solche Beschreibung hier verzichtet werden kann.

Die ßchweißstromquelle 12 umfaßt eine Spannungsquelle 40, die die Primärwicklung eines Transformators 42 speist. Ein liVechselspannungsschalter 44 liegt innerhalb des Primärstromkreises und ist als Ihasensteuerung für die Steuerung des Schweißstromes ausgebildet, wie noch im einzelnen erläutert wird. Der Schalter" 44 umfaßt zwei

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handelsübliche gesteuerte Siliziumgleichrichter 46 und 48, die mit entgegengesetzten Durchlaßrichtungen zueinander parallel geschaltet sind. Die Gleichrichter 46 und 48 werden während einer jeden Halbwelle der Spannungswelle 40 fortgesetzt ein- und ausgeschaltet, jeweils in Abhängigkeit von Signalen an den Steuergitteranschlüssen 50 und 52 vonseiten des Steuerteils 14. Die Sekundärwicklung des Transformators 42 ist an einen bekannten Brückengleichrichter 5^ angeschlossen, üin Ausgangsanschluß desselben ist mit der Arbeitselektrode 20 verbunden, der andere Gleichrichter^Ausgangsanschluß ist mit der Spannvorrichtung 18 und über den widerstand $0 mit der Zündelektrode 22 verbunden. Der nert des Widerstandes 30 ist ziemlich kritisch. »Venn der Widerstand zu groß ist, fließt ein unzureichender Strom in der Zündelektrode zur Zündung des Zündlichtbogens 34. Aemi 'anderer seits der widerstand 30 zu klein ist, nimmt der Zweig der Zündelektrode 'zuviel Strom auf, so daß die Moden des Gleichrichters 34 durchbrennen können. Ein Kondensator 56 ist zweckmäßigerweise zwischen die Ausgangsanschlüssen des Gleichrichters 54- zur Glättung der Betriebsspannung für den Arbeitsteil 10 eingeschaltet.

Der Steuerteil 14 umfaßt eine Ilauptsteuerstufe 60 mit einem Gassteuerabschnitt 62, einem Lichtbogensteuerabschnitt 64 und einem Zündelektrodensteuerabschnitt 66 zum Zurückfahren derselben. Der Steuerten 14 enthält außerdem eine Gruppe von vier Zeitgeberstufen. 68, 70,

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72 und 74-* die den Betrieb der drei Steuerabschnitte der Hauptsteuerstufe 60 steuern. Die Zeitgeberstufen 68, 70, 72 und 74- arbeiten als Stufen eines Schieberegisters. Eine Jede Steuerstufe erregt die Jeweils nachfolgende Stufe, so daß die Ausgangsspannungen der vier Stufen um vorgegebene Verzogerungsabschnitte abgestuft sind.

Während des Normalbetriebs des Lichtbogenschweißgerätes ä schaltet die Bedienungsperson zunächst die erste Zeitgeberstufe 68 ein. Dieselbe erregt den Gassteuerabschnitt 62, der das spulenbetätigte Ventil 26 in dem Arbeitsteil 10 Öffnet, damit das Schutzgas um die Werkstücke einen Schutzschirm bildet. Nach einer entsprechenden Verzögerung schaltet die Zeitgeberstufe 68 die nachfolgende Zeitgeberstufe 70 ein, die ihrerseits die Zeitgeberstufe 68 ausschaltet und nunmehr die Steuerung des Gassteuerabschnittes 62 übernimmt, damit der Gasstrom im Arbeitsteil 10 andauert. Die Zeitgeberstufe 70 schaltet den Lichtbogensteuerabschnitt 64 ein, der die Schweißstromquelle 12 zur Erzeugung des Lichtbogens in dem Arbeitsteil 10 anschaltet. Kurz danach schaltet das gleiche Signal vonseiten der Zeitgeberstufe 70 den Zündelektrodenrückfahrabschnitt 66 ein, der die Spule 23 erregt, so daß die Zündelektrode 22 zurückgefahren wird. Schließlich erregt die Zeitgeberstufe 70 nach Ablauf eines für die Vollendung der Schweißung ausreichenden Zeitabschnittes die Zeitgeberstufe 72. Dieselbe schaltet die Zeit-

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geberstufe 70 ab, so daß der Lichtbogensteuerabschnitt 64 und der Zündelektrodenrückfahrabschnitt 66 still gesetzt werden. Damit wird die Schweißstromquelle 12 abgeschaltet, so daß der Lichtbogen verlöscht und die Zündelektrode 22 in ihre Ausgangsstellung in Anlage an die Elektrode 20 zurückkehrt. Jie Zeitgeberstufe 72 übernimmt auch die Steuerung des Gassteuerabschnittes 62, damit der Gasstrom in dem Arbeitsteil 10 auch nach Beendigung des Schweißprozesses andauert. Nach Ablauf einer ausreichenden Kühlzeit für die werkstücke schaltet die Zeitgeberstufe 72 die letzte Zeitgeberstufe 74 ein, die ihrerseits die Zeitgeberstufe 72 stillsetzt. Mit Stillsetzung dieser Zeitgeberstufe 72 wird der Gassteuerabschnitt 62 abgeschaltet, das Ventil 26 wird geschlossen und die Schutzgaszufuhr in dem ürbeitsteil 10 hört auf.

Der Steuerteil 14 wird ebenfalls von der Spannungsquelle 40 innerhalb der Schweißstromquelle 12 mit Leistung versorgt. Die Spannungsquelle 40 ist an die Mngangsanschlüsse 76 und 78 einer Gleichrichterbrücke 80 innerhalb der Hauptsteuerstufe 60 angeschlossen. Die gleichgerichtete Ausgangswechselspannung des Gleichrichters erscheint in den Sammelleitungen 82 und 84, von denen die letztere geerdet ist. Ein Widerstand 85 in der Sammelleitung 82 bildet zusammen mit einem zwischen die Sammelleitungen 82 und 84 geschalteten Kondensator 86 einen filterkreis, der die Ausgangssspannung des Gleich-

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richters 80 zur Anlage an die Zeitgeberstufen68, 70, und 74 glättet. Dadurch wird sicher-gestellt, daß die Zeitgeberstufen eine genau gleiche Zeitfolge von Steuersignalen für die Hauptsteuerstufe 60 wahrend eines jeden Arbeitstaktes erzeugen, iiine Diode 87 innerhalb der Sammelleitung 82 vor dem Vviderstand 85 trennt die gefilterte Gleichspannung für die Zeitgeberstufen von der ungefilterten Gleichspannung für die üauptsteuerstufe 60 und insbesondere den oteuerabschnitt 64.

Der Gassteuerabschnitt 62 enthält eine opule 88, die das Ventil 26 in dem Arbeitsteil 10 schaltet. Die Spule

88 ist zwischen den Anschluß 78 des Gleichrichters 80 und die Anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters

89 geschaltet. Die Kathode desselben ist unmittelbar an die Sammelleitung 84 angeschlossen; die oteuerelektrode 90 ist über einen Vorspannungswiderstand 92 der Sammelleitung 84 geführt. Die Steuersignale für den Steuerabschnitt 62werden über eine leitung 93» die mit der Steuerelektrode 90 verbunden ist, aufgenommen, .ein positives Signal an der Steuerelektrode 90 schaltet den Gleichrichter 89 in Leitungszustand. Darauf erregt ein gleichgerichtetes »Vechselspannungssignal vonseiten des Gleichrichters 80 die Spule 88, so daß das Ventil 26 in dem Arbeitsteil 10 geöffnet wird. Eine Strombegrenzerdiode 94 überbrückt und schützt die Spule 88. Die Spule 88 bleibt-solange erregt, als das Signal an der Steuerelektrode 90 andauert.

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Kormalerweise wird der Gassteuerabschnitt 62 durch ein «Signal auf der Leitung 93 vonseiten der Zeitgeberstufen 68, 70 oder 72 erregt. Es sind jedoch Möglichkeiten einer Erregung unabhängig von den Zeitgeberstufen vorgesehen, damit die Gasleitungen und das Schweißfeld vor Beginn des Schweißvorgangs gereinigt werden können. Dies ist bspw. zu Beginn der Tagesarbeit erforderlich.

Im einzelnen ist ein Anschluß eines normalerweise abgehobenen Schalters 98 über einen Widerstand 100 mit der Leitung 93 verbunden. Der andere Anschluß des Schalters 98 ist über einen Widerstand 102 hinter dem Widerstand 85 zu der Sammelschiene 82 geführt. Bei Kontaktgabe des Schalters 98 erscheint ein positives Signal an der Steuerelektrode 90 des Gleichrichters 89» der in seinen Leitungszustand kommt und damit den Heinigungsvorgang einleitet. Der Gasfluß in dem Arbeitsteil 10 dauert solange an, als die Bedienungsperson den Schalter 98 geschlossen halt.

Der Lichtbogensteuerabschnitt 64 enthält einen Unijunktiontransistor 110. Das Erregersignal für den Abschnitt 64 kommt vonseiten der Zeitgeberstufe 70 auf einer Leitung 112, die über einen Widerstand 114 mit einem Basisanschluß 116 des Transistors 110 verbunden ist. Der andere Basisanschluß 118 dee Transistor« 110 ist über einen Belastungswiderstand 120 bu der Sajuwlschiene 84 geführt. Zwischen den Anschluß*116 und dit

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Sammelschiene 84 ist eine Zenerdiode 122 zur Begrenzung des in dem Widerstand 110 fließenden Stromes eingeschaltet.

Der Steueranschluß 124 des Transistors 110 ist über einen Kondensator 126 mit der oammelleitung 84 verbunden und außerdem über eine lieihen-Parallel-vdderstandsschaltung aus den //ider ständen 128, 130 und 132, von denen mindestens einer einstellbar ist, mit einem iLnde der Primärwicklung eines Transformators 134. -Das gleiche .Vicklungsende ist über die Parallelschaltung eines Kondensators 135 und eines Widerstandes 136 mit der Sammelleitung 82 und über die Parallelschaltung eines ..iderstandes 137 und einer Zenerdiode 138 mit der Sammellei-tung 84 verbunden. Die Zenerdiode 138 stellt sicher, daß sich der Kondensator 126 Jeweils aus einer Konstantspannungsquelle auflädt. Das andere wicklungsende der Primärwicklung des Transformators 134 ist mit der .anode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 139 verbunden, dessen Kathode unmittelbar an der Sammelleitung 84 liegt. Der Teil des Spannungsabfalls in dem Belastungswiderstand 120 liegt über eine Spannungsteilerschaltung aus den /widerständen 141 und 142 an der Steuerelektrode 144 des Gleichrichters 139.

Der Transformator 134 hat eine geteilte Sekundärwicklung, deren Anschlußenden a, b, c und d unmittelbar mit entsprechend bezeichneten Anschlüssen des Schalters 44 in der Schweißstromquelle. 12 verbunden sind.Damit steuert

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eine «Sekundärwicklung den Gleichrichter 46.und die andere »Sekundärwicklung den Gleichrichter 48.

Der oteuerabscrmitt 84 bildet zusammen mit dem Schalter 44 eine thasenanschnittsteuerung für den ochweißstrom aus der öchweißstromquelle 12 in den Arbeitsteil 10. Dadurch hat man eine einfache Möglichkeit zur genauen einstellung der Intensität des ochweißlichtbogens in Hinblick auf eine gegebene Anwendung.

Der Lichtbogensteuerabschnitt 64 wird durch ein positives oignal auf der Leitung 112 vonseiten der Zeitgeberstufe 70 ingang gesetzt. Der Transistor 110 kommt in Leitungszustand, wenn die spannung an dem oteueranschluß 124 einen vorgegebenen Bruchteil der Spannung an der Basis überschreitet. Dieses hängt von der Ladekonstanten des Kondensators 126 ab, der an den oteueranschluß 124 angeschaltet ist. Die Ladekonstante hängt unmittelbar mit dem Aert des einstellbaren »»iderStandes 132 zusammen. Durch entsprechende Einstellung der Größe dieses einstellbaren Widerstandes 132 kann die jeweilige Dauer der Leitungsspanne des Transistors 110 gesteuert werden. Dadurch wird entsprechend die Intensität des in dem Arbeitsteil 10 erzeugten ochweiiilicht-rbogens bestimmt.

Der Gleichrichter 80 gibt eine gleichgerichtete, ungegläfctete wechselspannung auf den oteueranschluß 124 des Transistors 110. Dieses oignal fällt im wesentlichen auf

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Null Volt au Beginn einer jeden Halbwelle der opannungsquelle 40. ..enn also auch die Zeitgeberstufe 70 auf der leitung 112 ein oignal an den abschnitt 64 anlegt, wird der Leitungszustand des Transistors 110 wahrend einer jeden Halbwelle unterbrochen. ..ährend desjenigen Anteils der opannungsperiode, wo sich der Transistor 110 in Leitungszustand befindet, tastet der opannungsabfall im widerstand 120 den Gleichrichter 139· »enn derselbe leitet, entlädt sich der Kondensator 135 über den Transformator 134, so daß die Gleichrichter 46 und 48 des .Schalters 44 gezündet werden ,und damit den och.veißstrom führen. Der Kondensator 135 bildet eine liochfrequenzüberbrückung des .liderstandes 136, damit ein ausreichender otrom zur Erregung des Transformators 134 zur Verfügung steht. In ,einer jeden Halbwelle tritt wLhrend der Aufladung des Kondensators 135 über den Widerstand 137 eine Polaritätsumkehr auf.

Infolge des Transistors 110 kann sich an dem Kondensator 126 keine Ladung ausbilden, bis ein »Signal vonseiten der Zeitgeberstufe 70 einläuft. Die r-instellung des Äiderstanles 132 bestimmt die Zeitdauer, in der sich der Kondensator 126 auf eine zur Zündung des Transistors 110 ausreichende «Spannung auflädt. Der Transistor 110 kann also früher oder später innerhalb einer jeden Halbwolle in Leitungszustand geschaltet werden. Dadurch wird die Länge der Zeitdauer während einer jeden Halfewelle gesteuert, wo sich der Transistor 110 in Leitungszustand

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befindet, und damit entsprechend die Einschaltzeit des Schalters 44 zur -Steuerung des ochweißstromes . Je länger der schalter 44 wahrend einer jeden Halbwelle leitend ist, um so größer ist die Intensität des in dem Arbeitsteil 10 erzeugten Lichtbogens. Der .<ert des .Viderstandes 154 ist sorgfältig so ausgewählt, daß sich die Kondensatoren während einer jeden Halbwelle vollständig entladen.

Der Gleichrichter 1J9 hat eine doppelte Aufgabe. Zunächst dient er als Verstärker und zieht außerdem die .Spannung am Kondensator 126 auf den Nullwert jeweils bei Beginn einer jeden Halbwelle herab, damit jeweils eine genaue Anfangssteuerspannung am Anschluß 124 des Transistors 110 zur Verfügung steht.

Das gleiche oignal vonseiten der Zeitgeberstufe 70 auf der Leitung 112 erregt auch den Zündelektrodenrücklauf abschnitt 66. Derselbe verzögert jedoch das Steuersignal geringfügig, damit der .Rücklauf der Zündelektrode 22 erst einsetzt, nach—dem der üteuerabschnitt die ochweißstromquelle 12 eingeschaltet hat.

Im einzelnen wird das oignal von der Leitung 112 über einen ».iderstand 154 auf eine Parallelschaltung gekoppelt, deren einer Zweig aus einem Kondensator 156 besteht, der an die Sammelleitung 84 angeschlossen ist, und deren anderer Zweig eine .Neonlampe 158 sowie zwei Widerstände 160 und 162 enthält, deren letzterer ebenfalls mit der oammelleitung 84 verbunden j st, Die Steu-

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erelektrode 64 eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 166 ist an den Verbindungspunkt der »viderstände 160 und 162 gelegt, die als Vorspannungswiderstände dienen. Die Kathode des Gleichrichters 166 liegt unmittelbar an der Sammelleitung 84, wogegen die Anode an ein £nde der Spule 23 in dem Arbeitsteil 10 angeschlossen ist. Das andere ünde der opule 23 ist über einen Widerstand 168 zu der Sammelleitung 82 vor der Trenndiode 87 geführt.

vVenn ein Signal auf der Leitung 112 erscheint, bildet sich eine Ladung am Kondensator 156 aus. Nach Ablauf einer Verzögerungszeit, die zur Erregung des Lichtbogensteuerabschnittes 64 ausreicht, reicht die Ladung am Kondensator 156 zur Zündung der Neonlampe 158 aus. Dadurch wird der Gleichrichter 166 geschaltet, so daß die Spule 23 im Sinne eines Zurückfahrens der Zündelektrode 22 erregt wird.

Zusätzlich zu der Verzögerungsfunktion ändert die Ladung am Kondensator 156 während einer jeden Halbperiode des Signals vonseiten des Gleichrichters 80 ihre Polarität. Dies verhindert eire ^bücha ltung der Spule 23 während einer jeden iialbwelle,, damit die Zündelektrode 22 keine i-rellerscheinungen gegenüber der Kleklrode 20 aufweist.

Der Gleichrichter 166 leitet und infolgedessen bleibt die Zündelektrode d'.t uo Lange zurückgezogen, als die

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Zeitgeberstufe 70 ein Signal auf die Leitung 112 aufdrückt .

.vie bereits gesagt, wird die Zeitdauer der Erregung der Steuerabschnitte 62, 64 und 66 durch die Zeitgeberstufen 68, 70, 72 und 74 gesteuert. Die otufen 68, 70 und 72 sind gleich aufgebaut und arbeiten in gleicher .«eise, folglich wird nur die Stufe 68 in .Einzelheiten erläutert. Die letzte Stufe 74 ist von den andern drei otufen verschieden und wird spater im einzelnen beschrieben.

Die automatische Betriebsweise des Lichtbogenschweißgerätes wird durch Einschalten der Zeitgeberstufe 68 ausgelöst. Dies erfolgt durch momentanes Schließen des ■Schalters 170 in der Hauptsteuerstufe 60. Der Schalter 170 überbrückt einen Kondensator 172, dessen eine Seite über einen Widerstand 102 mit der Sammelleitung 82 und dessen andere oeite über einen <«iderstand 174 mit der oammelleitung 84 verbunden ist. Bas Schließen des Schalters 170 schließt den Kondensator 172 kurz, so daß die Spannung über dem «iderstand 174 ansteigt^ Das entsprechende opannungssignal wird über einen Kondensator 176 und eine Spannungsteilerschaltung aus den v.iderstanden 178 und 180 zur erregung in die erste Zeitgeberstufe 68 eingekoppelt, üenau liegt dieses Signal an der Steuerelektrode 182 eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 184 der Stufe 68 an. Die Anode dieses Gleichrichters 184- ist nit der Sammelleitung 82 verbun-

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den, wogegen die Kathode über einen widerstand 186 zu der oammelleitung 84- geführt ist. Der ausgang des gesteuerten -jiliziumgleichrichters 184 wird an der kathode abgenommen und üoer einen widerstand 190 auf die leitung 95 zur oteuerung des Gassteuerabschnittes 62 in der oben beschriebenen ..eise zurückgeführt.

Der Ausgang des Gleichrichters 184 liegt außerdem über eine Parallelschaltung eines -i^instellwiderstandes und eines Widerstandes 194 in iveihe mit einem ..iderstand 196 an einer iinschlußseite eines Kondensators 198 an. Die andere Anschlußseite dieses Kondensators ist mit der Sammelleitung 84 verbunden. ..enn sich der oleichrichter 184 in seinem Leitungszustand befindet, lädt er den Kondensator 198 über diese miderstandsschaltung auf. Die Ladegeschwindigkeit des Kondensators 198 kann vergrößert oder verringert werden, durch entsprechende Minderung des .^instellwiderstandes 192. Aenn der Kondensator 198 eine bestimmte Ladungsmenge enthalt, zündet er eine Keonlampe 200, die zwischen den Verbindungspunkt des Widerstandes 196 und des Kondensators 198 sowie eine Diode 202 eingeschaltet ist. Die Diode 202 kann einen Durchlasstrom zur erregung der nächsten Zeitgeberstufe 70 führen. .Somit kann man durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 192 genau die Verzögerungszeit zwischen dem Beginn des Gasdurchflusses durch den Arbeitsteil 10 und den Beginn der eigentlichen üchweißstufe steuern, die durch die Zeitgeberntufe ausgelöst wird. ^ßÄ^D ORIGINAL

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Eine Diode 204 liegt zwischen dem Verbindungspunkt des Widerstandes 196 und des Kondensators 198 und dem Verbindungspunkt der Widerstände 186 und 194» so daß ein Durchlaßstrom durch den Widerstand 186 zu der Sammelleitung 84 fließt. Der Widerstand 186 stellt einen Dauerstrom für die Diode 204 sicher, damit ein schneller Entladeweg des Kondensators 198 durch die Diode 204 zur Sammelleitung 84 gebildet wird, Somit hängt die Erregung der zweiten Zeitgeberstufe 70 von der Einstellung des Widerstandes 192 ab. Die Einstellung erfolgt so, daß eine ausreichende Zeitvorgabe für die .Reinigung des Schweißfeldes durch den Schutzgasstrom vor dem Beginn des öchweißlichtbogens zur Verfügung steht.

Das Ausgangssignal von der Zeitgeberstufe 68 auf die Stufe 70 liegt an der Steuerelektrode 210 eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 212 an. Das Eingangssignal der Stufe 70 liegt außerdem an einem Widerstand 213 zur Ladung eines Kondensators 214 in der Stufe Die ladung des Kondensators 214 wird zur Ladung eines entsprechenden Kondensators 216 zurückgekoppelt, der unmittelbar die Kathoden des Gleichrichters 184 und der Diode 204 angekoppelt ist, und über einen Widerstand 218 an die Steuerelektrode 182 des Gleichrichters 184. Das Signal an der Kathode des Gleichrichters 184 sperrt denselben und beendet damit das Ausgangssignal der Leitung 93·

IViit Erregung der zweiten Zeitgeberstufe 70 v.ird Je-

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doch ein Ausgangssignal über einen widerstand 219 auf die Leitung 93 gekoppelt, damit der Gassteuerabschnitt erregt bleibt.

Zusätzlich liegt das gleiche Ausgangssignal an der leitung 112 an. , damit der Lichtbogensteuerabschnitt 64 und nach entsprechender Verzögerung der itückfahrabschnitt 66 erregt wird. Die Zeitgeberstufe 70 arbeitet in genau gleicher weise wie die Stufe 68. Somit ist nach einer durch Einstellung des Einstellwiderstandes 220 bestimmten Zeitdauer ein Kondensator 222 zur Zündung einer Neonlampe 224 genügend weit aufgeladen, so daß ein Signal aus der Stufe 70 zur Erregung in die dritte Zeitgeberstufe 72 eingekoppelt wird.

Eine Neonzündlampe 225, die zwischen die SammleHeitung 84 und den Verbindungspunkt der Widerstände 219 und 220 eingeschaltet ist, ist immer dann erregt, wenn die Zeitgeberstufe 70 eingeschaltet ist. Damit dient diese Lampe zur Anzeige, daß ein ochweißstrom durch die elektroden des Arbeitsteils 10 fließt. Der Lichtbogensteuerabschnitt 64 ist nicht erregt, bis ein Signal auf der Leitung 112 erscheint, also nachdem die Lampe 225 erleuchtet ist.

Das Signal der Stufe 70 liegt an der Steuerelektrode 226 eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 228 in der Stufe ^2 an. Das gleiche Signal ladt außerdem einen Kondensator 2^0 über einen »Viderstand 232 auf. Die La-

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dung des Kondensators 250 wird zu dem Kondensator 214 der otufe 70 zuriickgekoppelt und beaufschlagt die Kathode des Gleichrichters 212 zur sperrung desselben. Darauf hört das Ausgangssignal der otufe 70> das an beiden Leitungen 93 und 112 anliegt, auf. Durch entsprechende Einstellung des Widerstandes 220 kann man folglich die Dauer des ochweißlichtbogens im ürbeitsteil 10 genau einstellen.

Inzwischen wird das .aus gangs signal an der Kathode des Gleichrichters 228 über einen widerstand 23Ö auf die Leitung 93 zurückgeführt, damit die erregung des Gassteuerabschnittes 62 und damit die Gasströmung innerhalb des Arbeitsteils 10 andauern.

Ebenso wie in den vorhergehenden Zeitgeberstufen baut sich eine Ladung an dem Kondensator 240 der otufe 72 auf, sobald der Gleichrichter 228 leitet, wobei die Ladegeschwindigkeit von der Einstellung des Mnstellwiderstandes 242 abhängt, nenn die Ladung einen Schwellenwert übersteigt, wird eine Neonlampe 244 leitend und damit die vierte Zeitgeberstufe 74- erregt.

Die Einstellung des Widerstandes 242 erfolgt so, daß die Verzögerung der Einschaltung der Stufe 74 eine ausreichende Zeitdauer nach Aufhören des ochweißlichtbogens sicherstellt, in der die Werkstücke abkühlen können. In diesem Zeitpunkt liegt das Signal vonseiten der Stufe 72 an der Steuerelektrode 250 des gesteuerten Siliziumgleichrichters 252 der Stufe 74 an. Die Anode

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des Gleichrichters 252 ist unmittelbar zu der oamrnelleitung 82 geführt, die Kathode ist über einen widerstand 254 mit der οamme1leitung 84 verbunden. Das an der steuerelektrode 250 anliegende Signal ist über einen Widerstand 256 zur Ladung des Kondensators 230 zurückgekoppelt und sperrt den Gleichrichter 228. Darauf hört das Ausgangssignal der -Stufe 72 auf der Leitung 93 auf, und der Gassteuerabschnitt 62 wird stillgesetzt, iies bedeutet das Lnde eines vollständigen Arbeitszyklus der automatischen lichtbogenschweißmaschine. Die «erkstücke 16a und 16b kennen dann nach vollständiger Abkühlung aus der Spannvorrichtung 18 herausgenommen und das Verfahren wiederholt werden.

Das Lichtbogenschweißgerät nach der Erfindung arbeitet somit vollkommen automatisch. J£s hat eine gesonderte Stufe zur Steuerung einer jeden Verfahrensstufe während des Sch*eißvorgangs. Somit beaufschlagt das Schutzgas die .'lerkstücke vor, während und nach dem eigentlichen Schweißvorgang, damit die Werkstücke gegen Verunreinigungen der Atmosphäre vollständig abgeschirmt sind. Das Schweißgerät nach der Erfindung steuert auch genau die Intensität und Dauer des Schweißlichtbogens entsprechend dem jeweils zu schweißenden «'»erkstück. Auch die Zeitdauer der verschiedenen Arbeitsstufen kann leicht innerhalb eines vergleichsweise großen Bereichs eingestellt werden. Diese Vorteile werden durch Verwendung herkömmlicher elektrischer Bauelemente erreicht,

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die auf vergleichsweise billige weise hergestellt und zusammengebaut werden können.

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Claims (12)

176550Ü Patentansprüche

1. Lichtbogenschweißgerät mit einer Hauptelektrode, einer zurückfahrbaren Zündelektrode, einer Schutzgasquelle sowie einer Schweißstromquelle, dadurch gekennzeichnet, daß ein !Schieberegister eine Mehrzahl jeweils (mit Ausnahme der ersten) durch die vorhergehende Stufe gezündeter Stufen (68, 70, 72, 7^) aufweist, deren erste (68) bei Erregung die Schutzgasquelle einschaltet, deren zweite (70) bei Erregung die Schweißstromquelle (12) einschaltet, deren dritte (72) bei Erregung die Schweißstromquelle abschaltet und deren vierte (7²O bei Erregung die Schutzgasquelle abschaltet.

2. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Schieberegisterstufe ein einstellbares Verzögerungselement zur entsprechend verzögerten Erregung der jeweils nachfolgenden .Registerstufe enthält.

3. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Schweißstromquelle eine //echselspannungswellenform auftritt und eine Steuerstufe (44·) zur jeweiligen Unterbrechung der Aechselspannungswellenform wahrend eines Teils einer jeden Periode vorgesehen ist, wodurch die intensität des ochweißlichtbogens gesteuert werden kann.

4. Lichtbogenschweißgeräb nach einem der iinsprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Sbeuerstufe als Phasenanschnittsteuerung ausgebildet ist, wodurch der

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ötrom der ochweißstEcmquelle jeweils wahrend eines Teils einer jeden Periodenlänge unterbrochen wird.

5. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Gleichrichterstufe (54) zur Gleichrichtung der kVechselspannungswellenform .

6. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 4 oder 5» dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal der zweiten ochieberegisterstufe (70) die .Erregung der Phasenanschnittsteuerung steuert. ■

7. Lichtbogenschweifigerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das ausgangssignal der zweiten ochieberegisterstufe (70) außerdem das Zurückfahren der Zündelektrode (22) steuert.

8. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Jchieberegister ein erstes einstellbares Verzögerungselement (192, 198) zur Verzögerung der Erregung der zweiten itegisterstufe (70) während einer ersten Zeitspanne nach Erregung der ersten xiegisterstufe sowie ein zweites einstallbares Verzögerungselement (220, 222) zur Verzögerung der Abschaltung der ersten Hegisterstufe während einer zweiten Zeitspanne nach der Abschaltung der zweiten Hegisterstufe enthält.

9. Lichtbogenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenanschnittsteuerung einen .'iechselspannungsschalter (46, 48) im Anschluß an eine Aechselstromquelle (40) sowie

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eine oteuerstufe umfaßt, die eine ochaltstufe zur .Erzeugung eines gleichgerichteten «.ecriselspannungssignals, eine in .abhängigkeit von dem gleichgerichteten ..echselspannungssignal arbeitende otufe zur Tastung des ochalters und eine zur Aufnahme des gleichgerichteten Signals zur Erregung der Tastelemente nur während eines vorgegebenen Teilabschnittes ^eder ii&lbwelle des gleichgerichteten oimals bestimmte otufe aufweist, damit der öchalter nur während eines vorgegebenen Teilabschnittes einer ^jeden .'.echselspannungshalbwelle der otromquelle durchlässig i.t.

10. lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß die oteuerstufe zur erregung der Tastelemente einen Unijunktionstransistor (110) enthält, der die Tastelemente nur in seinem Leitungszustand erregt und dessen Leitungszustand während einer jeden ilalbwelle des »'»echselspannungssignals aufhört, und daß die oteuerstufe ferner ein i-ins teile lenient (1J2) enthält, womit innerhalb einer jeden opannungshalbwelle der Zeitpunkt eingestellt werden kann, wo der leitungszustand des Unijunktionstransistors aufhört.

11. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die ^instellstufe für den Unijunktionstransistor (110) einen an die oteuerelektrode (.124) desselben angekoppelten Kondensator (126), der sich mit einer eingestellten Ladegeschwindigkeit

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im Sinne einer Zündung des Transistors auflädt, sowie einen an den Kondensator angekoppelten Einstellwiderstand (132) zur Einstellung der Ladegeschwindigkeit des Kondensators enthält.

12. Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß ein Zeitgeberteil den Schutzgasstrom während einer vorgegebenen Zeitdauer einschaltet und eine Erregung der Tastelemente nur während eines bestimmten Zeitausschnittes in der Zeitdauer der Schutzgaszufuhr zuläßt.

13· Lichtbogenschweißgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Steuerabschnitt (62) für die Steuerung der Schutzgaszufuhr, ein zweiter Steuerabschnitt (64) für die Steuerung der Schweißstromschaltstufe (44·) und ein dritter Steuerabschnitt (66) zur Steuerung des Zurückfahrens der Zündelektrode vorgesehen sind und daß die erste Schieberegisterstufe zur einschaltung des Gaszufuhr-Steuerabschnittes, die zweite Registerstufe zur Einschaltung des Schweißstrom- und des Zündelektrodenrückfahr-Steuerabschnittes im Sinne einer Einschaltung des Schweißstromes und eines Zurückfahrens der Zündelektrode nach einer eingestellten Verzögerungszeit im Anschluß an die Erregung des ersten Steuerabschnittes, die dritte iiegisterstufe zur Abschaltung der Steuerabschnitte x:o (64, 66) nach Ablauf eines zweiten vorgegebenen Zeit-

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Intervalls und die vierte Hegisterstufe zur Abschaltung des ersten Steuerabschnittes (62) nach Ablauf eines dritten vorgegebenen ZeitintervalIs nach Abschaltung des zweiten und dritten Steuerabschnittes vorgesehen sind.

14-, Lichtbogenschweißgerät nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltstufe zur periodischen Abschaltung des zweiten Steuerabschnittes während eines fest vorgegebenen Zeitabschnittes einer jeden Wechselspannungsperiode vorgesehen ist, wodurch eine Phasenanschnittsteuerung periodisch gesteuert wird und an die Schweißelektroden nur einen vorgegebenen Abschnitt einer jeden Wechselspannungshalbwelle weitergibt.

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