DE1903517B2 - Schaltungsanordnung für Lichtbogen-Schweißmaschinen zum Schutz des Schweißers vor der Leerlaufspannung - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für I.ichtbogen-Schweißmasch^;-.cii, bestellend aus einem Fühler, mit dem festgestellt werden kann, ob sich die Schweißelektrode in Kontakt mit dem Werkstück befindet, und einer von diesem gesteuerten Detektoreinrichtung, mit der der Schweißstrom entsprechend ein- und ausgeschaltet wird.

Eine Schaltungsanordnung für elektrische Schweißmaschinen der eingangs genannten Art ist bereits bekannt. Der Fühler besteht aus einer parallel zur Sekundärwicklung liegenden Schaltung und überwacht die Höhe der Spannung über der Sekundärwicklung des Schweißtransformators. Diese bekannte Schaltungsanordnung besitzt den Nachteil, daß zu bestimmten, allerdings nicht sehr langen Zeiten die volle Leerlaufspannung an der Schweißelektrode auftritt, auch wenn diese nicht in Kontakt mit dem Werkstück steht, so daß unter ungünstigen Umständen, z. B. hohe Feuchtigkeit, Unfälle entstehen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung des Schweißstroms bei Schweißmaschinen zu schaffen, die ein Anlegen der vollen Leerlaufspannung an den Schweißtransformator erst bei tatsächlichem Kontakt zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Fühler in Reihe mit der Sekundärwicklung des Schweißtransformators liegt und aus zwei antiparallel geschalteten Gleichrichtern und einem zu diesen parallelliegenden Widerstand besteht.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsfcrm der Erfindung sind eine Schaltung zum Vergleichen der Spannung über den: Fühler mit einer Bezugsspannung und eine auf die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung ansprechende Einrichtung zum Anlegen der normalen elektrischen Versorgungsspannung an den Schweißtransformator vorgesehen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann eine Verzögerungsschaltung zur Beibehaltung der normalen elektrischen Versorgungsspannung für den Schweißtransformator über eine kurze Zeispanne nach Entfernung der Schweißelektrode vom Werkstück zur Erleichterung eines Wiederzündens vorgesehen sein.

Sobald bei der Schaltungsanordnung die Schweißelektrode mit dem Werkstück in Kontakt gelangt, fließt auf Grund der niedrigen Hilfsspannung zunächst ein kleiner Strom durch den Widerstand, der einen derartigen Spannungsabfall hervorruft, daß der angeschlossene Fühler anspricht und den Schweißstrom einschaltet. Der Schweißstrom braucht nicht über den Widerstand zu fließen, sondern fließt über antiparalle; geschaltete Gleichrichter, weil dd Schweißstrom den sogenannten Anlaufstrom dieser Gleichrichter weit übersteigt. Die Gleichrichter übernehmen somit in vorteilhafter Weise bei verhältnismäßig geringem Spannungsabfall den vollen Strom, so daß auch die Stromwärmeverluste in annehmbaren Grenzen verbleiben.

Besonders günstig wirkt sich bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung aus, daß die volle Leerlaufspannung des Schweißtransformators erst dann angelegt wird, wenn tatsächlich bereits ein Kontakt zwischen Schweißelektrode und Werkstück vorhanden ist unc ein kleiner Strom zwischen diesen fließt, d. h. also zu einem Zeitpunkt, an dem mit Sicherheit ein Lichtbogen gezündet wird und sich die Leerlaufspannung keineswegs ungünstig auswirken kann.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der E rfindung an Hand einer Zeichnung naner erläutert.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel kann die normale elektrische Versorgungsspar. lung für den Schweißtra isformator 12 an die beiden Anschlüsse 10 angeleg werden. Die Anschlüsse 10 sind mit der Primärwicklung 11 des Schweißtransformators 12 über zwei normalerweise offene Kontakte 13 eines Schalters 14 verbunden. Ein Ende der Sekundärwicklung 15 des Schweißtransformators 12 ist mit einer Schweißelektrode 16 verbunden. Das andere Ende der Sekundärwicklung 15 ist mit einem Halter 17 für das nicht dargestellte Werkstück über einen Fühler 18 verbunden.

Der Fühler 18 besteht aus einem ersten Gleichrichter 19, der in Reihe mit der Sekundärwicklung 15 liegt, einem zweiten Gleichrichter 20, der antiparallel zum ersten Gleichrichter 19 geschaltet ist, und einem Widerstand 21 parallel zum ersten Gleichrichter 19.

Die Anode des Gleichrichters 19 und die Kathode des Gleichrichters 20 sind mit dem Stiftbolzen verbunden. Beide Gleichrichter können deshalb auf die gleiche Wärmeleitplatte aus Aluminium montiert werden. Die komplette Baueinheit Gleichrichter—

Wärmeableitung ist in das Öl innerhalb des nicht dargestellten Schweißtransformatortanks eingetaucht, jedoch dagegen isoliert.

Die Anschlüsse 10 der normalen elektrischen Versorgungsspaoiung sind ferner mit der Primärwicklung 22 eines Hilfstransformators 23 verbunden. Dieser Transformator ist mit mehreren Sekundärwicklungen versehen, und eine Sekundärwicklung 24 ist mit der Primärwicklung 11 des Schweißtransformators 12 über eine Stabilisierschaltung 25 und zwei normalerweise geschlossene Kontakte 26 des Schalters 14 verbunden. Die Spannung der Wicklung 24 und der Stabilisierschaltung 25 können so gewählt werden, daß diese Spannung direkt an die Sekundärwicklung des Schweißtransformators angelegt werden kann.

Die Spannung der Sekundärwicklung 24 hat einen niedrigen, sicheren Wert. In üblichen Schweißmaschinen kann sie größenordnungsmäJig 5 Volt betragen.

Wenn der Strom für die Maschine eingeschaltet wird, wird der Hilfstransformator 23 erregt, und die sichere Spannung der Sekundärwicklung 24 wird an die Primärwicklung des Schweißtransformators 12 gegeben. Der Schweißtransformator ist durch die offenen Kontakte 13 von der normalen elektrischen Stromversorgung getrennt.

Die Sekundärseite des Schweißtransformators ist damit sicher, und die Schweißelektrode 16 kann beispielsweise ausgewechselt werden, ohne daß >.ine Gefahr besteht.

Wenn die Schweißelektrode 16 mit dem Werkstück in Kontakt gebracht wird, wird der Sekundärkreis des Schweißtransformators geschlossen. Ein kleiner Strom fließt damit durch den Widerstand 21, so daß sich über diesem eine kleine Spannung bildet. Diese Spannung ist zu klein, um die Gleichrichter 19 und 20 zum Durchbruch zu veranlassen.

Die Spannung über dem Widerstand 21 wird mit einer Spannung über einem Potentiometer 27 verglichen, und wenn sie höher ibt wird ein Operationsverstärker 28 hoher Verstärkung vom voll negativen in den voll positiven Zustand umgeschaltet. Durch den Gleichrichter 29 erfolgt dann eine Halbweggleichrichtung des Signals vom Verstärker 28. Die gleichgerichtete Spannung lädt den Kondensator 30 schnell auf und triggert über einen Trenntransistor 32 auch einen gesteuerten Siliziumgleichrichter. Der gesteuerte Gleichrichter 31 und eine Diodenbrücke schlierten damit einen Kreis, der den Schalter 14 und eine weitere Sekundärwicklung 33 des Hilfstransfcrmators enthält; der Schalter 14 wird damit erregt, so daß die Kontakte 13 schließen und die Kontakte 26 öffnen. Die Kontakte 13 verbinden beim Schließen die normale elektrische Stromversorgung mit dem Schweißtranstormator. Die Kontakte 26 nehmen beim Öffnen die sichere Hilfsspannung vom Schweißtransformator weg.

Auf diese Weise wird die volle Spannung über den Schweißbogen gelegt. Der Strom, der jetzt im Sekundärkreis des Schweißtransfotrnators fließt, sorgt für einen Durchbruch der Gleichrichter 19 und 20. Dadurch wird die Spannung über dem Widerstand 21 auf etwa 1 Volt begrenzt, weiche die Durchbruchsspannung der Gleichrichter 19 und 20 darstellt, die unabhängig vom Schweißstrom im Sekundärkreis des Schweißtransformators ist. Die Spannung über dem Widerstand 21 reicht aus, um den Schalter 14 während des Schweißens erregt zu halten. Der Fühler 18 kann sowohl den kleinen Anlaufstrom als auch den starken Schweißstrom führen und trotzdem im wesentlichen die gleiche Ausgangsspannung an den Verstärker 28 liefern.

Wenn die Schweißelektrode 16 vom Werkstück weggenommen wird, schaltet der Verstärker 28 sofort auf den negativer. Wert zurück, der Kondensator 30 entlädt sich jedoch langsam durch einen Widerstand, und der gesteuerte Gleichrichter 31 bleibt damit einige Sekunden lang erregt. Dieses Merkmal erleichtert das Wiederzünden des Bogens. Wenn der gesteuerte Gleichrichter endlich aberregt wire, wird auch der Schalter aberregt, und die normale elektrische Versorgungsspannung wird wieder vom Schweißtransformator weggenommen und die sichere Hilfsspannung angelegt.

Der Auslösepegel, der durch das Potentiometer 27 eingestellt werden kann, wird normalerweise so gewählt, daß das Zünden stattfindet, wenn der Widerstand zwischen der Schweißelektrode und dem Werkstück nicht höher als 5000 0hm ist. Dieser Wert wurde gewählt, weil unter feuchten Bedingungen der Körperwiderstand auf nur 15 000 0hm fallen kann. Ein unter 5000 0hm liegender Wert ergibt Schwierigkeiten beim Zünden.

Die Sekundärspannung von der Sekundärwicklung 34 des Hilfstransformators 23 wird mit Doden 35 gleichgerichtet und mit Kondensatoren 36 geglättet, um die positiven und negativen Spannungen zu erhalten, die für den Betrieb des Operationsverstärkers und des Transistors 32 benötigt werden.

Ersichtlich liegt die Schaltungsanordnung bei Störungen auf der sicheren Seite. Wenn einer der Gleichrichter 19 oder 20 ausfällt und einen Kurzschluß bildet, ergibt sich kein Spannungsabfall über dem Widerstand 21, so daß der Verstärker 28 kein Signal erhält und der Schalter 14 nach der vorgegebenen Vorspannungs-Zeitspanne abfällt. Fällt ein Gleichrichter 19 oder 20 aus und öffnet den Kreis, fällt der andere Gleichrichter normalerweise bald danach aus, und in jedem Fall wird der Widerstand 21 auch ausfallen. Hauptsächlich um die angeschlossene Schaltung zu schützen, ist es ratsam, den Widerstand 21 mit einer Sicherung zu schützen. In jedem Fall, sobald die Sicherung anspricht oder der Widerstand 21 ausfällt, erhält der Verstärker 28 kein Signal, so daß das gleiche Ergebnis wie oben erreicht wird.

Hauptsächlich zur Erreichung eines günstigen Leistungsfaktors ist es üblich, der Wicklung 11 eine Kapazität parallel zu schalten. Es ist zu beachten, daß bei der dargestellten Schaltung der Kondensator während des Leerlaufs einen erheblich kleineren Strom als üblich iieht. Weiter kann die Sekundärwicklung 24 mit der zugehörigen Schaltung weggelassen werden, wenn keine Hilfsspannung benötigt wird. Im letzteren Fall kann es wirtschaftlich sein, die Kontakts des Schalters 14 so anzuordnen, daß nur die Kapazität aus der Schaltung herausgenommen wird. Selbstverständlich sollte die Kapazitätsschaltung so ausgelegt sein, daß sich der Kondensator in bekannter Weise entladen kann, um phasenverschobene Stromstöße an der Schweißelektrode zu verhindern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für Lichtbogen-Schweißmaschinen, bestehend aus einem Fühler, mit dem festgestellt werden kann, ob sich die Schweißelektrode in Kontakt mit dem Werkstück befindet, und einer von diesem gesteuerten Detektoreinrichtung, mit der der Schweißstrom entsprechend ein- und ausgeschaltet wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Fühler (18) in Reihe mit der Sekundärwicklung (15) des Schweißtransformators (12) liegt und aus zwei antiparalle! geschalteten Gleichrichtern (19, 20) und einem zu diesen parailelliegenden Widerstand (21) besteht.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schaltung (21, 27) zum Vergleichen der Spannung über dem Fühler (18) mit einer Bezugsspannung und eine auf die Ausgangsspannung der Vergleichsschaltung ansprechende Einrichtung (28 bis 32) zum Anlegen der elektrischen Versorgungsspannung an den Schweißtransformator (12) vorgesehen sind.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Verzögerum;sschaltung (30) zur Beibehaltung der normalen elektrischen Versorgungsspannung für den Sehweißtransformator (12) über eine kurze Zeitspanne nach Entfernung der Schweißelektrode (16) vom Werkstück zur Erleichterung eines Wiederzündens vorgesehen ist.