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Schweißstromquelle mit gesteuerter und/oder geregelter Schweißspannung
Die Erfindung betrifft eine Schweißstromquelle mit gesteuerter und/oder geregelter
Schweißspannung als Funktion des Stromes, welche im Primär- oder Sekundärstromkreis
zumindest ein Stellglied umfaßt.
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Es sind bereits Schweißstromquellen der erwähnten Art bekannt, bei
denen das Stellglied in Form eines Transduktors ausgebildet ist. Transduktoren,
welche die bei solchen Schweißstromquellen erforderlichen hohen Strombelastungen
aushalten, arbeiten verhältnismäßig träge, was dazu führt, daß sich an den Schweißstellen
gewisse Unregelmäßigkeiten nicht
vdllig vermeiden lassen. Die Anwendung
von Thyratrons und Ignitrons, welche auf dem Gebiet der Widerstandsschwelßung als
Stellglieder verwendet werden, verbietet sich in solchen Anwendungsfällen, wo eine
leichte, anpassungsfähige und transportable Schweißstromquelle erforderlich ist,
infolge der hohen Verlustleistungen und Abmessungen.
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Aufgabe der vorliegenden Ertindung ist in erster Linie die Schaffung
einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Schweißstromquelle, welche bei
sehr geringer Zeitkonstante relativ geringe Abmessungen aufweist und leicht transportabel
ist.
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Erreicht wird dies im wesentlichen dadurch, daß das Stellglied aus
einem steuerbaren Halbleitergleichrichter oder Thyristor für änderbaren Phasenanschnitt
besteht.
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Durch die Verwendung von steuerbaren Halbleiter gleichrichtern oder
Thyristoren lassen sich zusätzlich zu einer geringen Zeitkonstanten bei Anwendung
in Verbindung mit einem vollelektronischen Regler geringe Verlustleistungen und
damit kleine Bauabmessungen und Gewichte erzielen.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten
Schweißstromquelle der vorangehend erwähnten Art, welche gegenüber bekannten Schweißstromquellen
wesentlich erweiterte Variationsmöglichkeiten besitzt, so daß eine wahlweise Anwendung
bei verschiedenen Schweißverfahren
möglich ist, beispielsweise Schutzgasschweißverfahren
mit stetig vorgeschobener abschmelzender Elektrode, wo eine konstante oder leicht
fallende U/I-Charakteristik erforderlich ist, Plasmaschweißverfahren, wo ein Plasmaschlauch
von einem Uber die gesamte Länge im wesentlichen konstanten Querschnitt vorliegt
und infolgedessen eine Stromkonstanz bei variierendem Elektrodenabstand vom,, Werksttlck
erforderlich ist, Unterpulverschweißverfahren, sowie schließlich eine Xraterfülieinrichtung,
wo eine steigende U/I-Charakteristik sehr er-Wunsoht ist, während zusätzlich. eine
absolute Sicherheit gegenilber einer Zerstörung der als Stellglieder dienenden steuerbaren
Haibleitergleichrichter bzw. Thyristoren gegeben ist.
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Die Erfindung geht zur Lösung dieser besonderen Problemstellung aus
von einer Schweißstromquelle zur Erzeugung einer geregelten Schweißspannung als
Funktion des Strolos sowie einer Einstelleinrichtung für die Steigung der U/I-Charakteristik
mit zumindest einem primär- oder sekundärseitig vorgeaehenen Stellglied, einem Soliwertgeber
für die Schweißspannung sowie einem Regelverstärker.
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Ei sind bereits Schweißstromquellen der erwähnten Art bekannt, bei
denen ein Spannungiregler zur Erzielung einer konstanten Schweißspannung vorgesehen
ist. Um eine Steigung der U/I-Charakteristik herbeizuführen, ist eine zusätzliche
Steuerung vorgesehen, welche den Istwert des Schweißstromes als Steuergrase unmittelbar
dem Regelverstärker zuführt. Abgesehen
davon, daß die bekannte
Schweißstromquelle lediglich zur Erzielung einer steigenden U/I-Charakteristik ausgelegt
ist, genügt die Genauigkeit einer durch zusätzliche t!berlagerung eines Spannungsreglers
mit einer Steuergr#ße erzielte U/I-Charakteristik nicht in jedem Fall den gestellten
Anforderungen an die Regelungagüte.
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Ein Regler, von dem erfindungsgemäß zur Lösung der vorangehend erläuterten
besonderen Problemstellung ausgegangen wird, umfaßt einen an sich bekannten, auf
das Stellglied des Spannungsreglers wirksamen zusätzlichen Stromregler mit einstellbarem
Sollwert und einen seitens des Istwerts des Schweißstromes beaufschlagtes, ausgangsseitig
mit dem Sollwertgeber für die Schweißspannung verbundenes FUhrungsgrößenstellglied,
in welchem der Verstärkungsfaktor und die Polung einer abgegebenen Führungsgr#ße
wählbar einzustellen sind.
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Durch die zur Lösung der vorangehend erwähnten besonderen Problemstellung
getroffenen technischen Maßnahmen kann eine beliebig steigende und fallende U/I-Charakteristik
in Abhängigkeit von verschiedenen gerade angewendeten Schweißverfahren eingestellt
werden, wobei die Abweichungen der erzielten Charakteristik von der Führungsgröße
(die proportional dem Schweißstrom ist) durch entsprechende Regelverstärkung beliebig
klein gemacht werden können. Durch den zusätzlichen Stromregler mit einstellbarem
Sollwert kann erreicht
werden, daß die beliebige Steigung aufweisende
U/I-Charakteristik an einer einem bestimmten eingestellten Sollwertstrom entsprechenden
Parallelen zur Ordinate vertikal abfällt. Der an dem Stromregler einstellbare Sollwert
kann einem durch die verwendeten steuerbaren Halbleitergleichrichter bzw. Thyristoren
bedingten Maximalstrom entsprechen oder auch unter diesen Maximalwert eingestellt
werden. In jedem Fall wird durch zuverlässige Einhaltung des Maximalatromes, sofern
dieser eingestellt wurde, eine Zerstörung der das Stellglied bildenden steuerbaren
Halbleitergleichrichter oder Thyristoren verhindert.
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Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Es zeigen: Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schweißstromquelle
in Blockschaltbilddarstellung, Fig. 2 verschiedene mit der Schweißstromquelle nach
Fig. 1 erzielbare U/I-Charakteristiken.
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Die gezeigte Schweißstromquelle umfaßt einen Schwei#transformator
1, in dessen Sekundärkreis ein Stellglied 2 in Form eines steuerbaren Halbleitergleichrichters
oder Thyristors für änderbaren Phasenanschnitt liegt. Der Schweißtransformator
1
kann primär- und/oder sekundäräeitig ein- oder mehrphasig ausgeführt sein. Das Stellglied
2 umfaßt pro Phase entweder jeweils zwei steuerbare Halbleitergleichrichter bzw.
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Thyristoren in Antiparallelschaltung 9der Jeweils einen Halbleitergleichrichter
bzw. Thyristor zusammen mit einer zugeordneten Diode in Antiparallelschaltung. Das
Stellglied 2 kann wahlweise im Primär- oder Sekundärstromkreis angeordnet sein.
Ist das Stellgleid 2, wie vorliegend, im Sekundärstromkreis angeordnet, so kann
aus den antiparallel geschalteten Halbleitergleichrichtern bzw. Thyristoren oder
den Halbleitergleichrichtern bzw. Thyristoren in Verbindung mit Je einer antiparallel
geschalteten Diode eine voll- bzw. halbgesteuerte Drehstrom- oder Einphasenbrücke
gebildet sein.
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An einem im Schweißstromkreis liegenden Widerstand 3 wird ein Istwert
des Schweißstroms abgegriffen und sowohl einem Regelverstärker 4 als auch einem
Führungsgrößenstellglied 5 zugeführt. Dem Regelverstärker sind sowohl ein Spannungssollwertgeber
6 als auch ein Stromsollwertgeber 7 zugeordnet, welche durch Je ein zugehöriges
Bedienungselement 8 bzw. 9 hinsichtlich des gewünschten Sollwertes verstellbar sind.
Dem Regelverstärker 4 ist ein Zündimpuls geber 10 nachgeordnet, welcher den jeweils
richtigen Phasenanschnitt für das Stellglied 2 bewirkt.
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Zusätzlich zu dem an dem Bedienungselement 8 eingestellten Spannungs
sollwert ist der Sollwertgeber 6 durch
eine Führungsgröße beaufschlagt,
welche am Ausgang des Führungsgrößenstellgliedes 5 erscheint und proportional dem
Jeweiligen Schweißstrom ist. Dem Führungsgrößenstellglied ist ein Bedienungselement
11 zugeordnet, welches ausgehend von einem einer Mittelstellung entsprechenden Nullwert
ermdgllcht, an den Sollwertgeber 6 eine dem Strom proportionale Ftlhrungsgröße mit
verschiedenen Vorzeichen und verschiedener Verstärkung abzugeben. Dies entspricht
bei in Nullstellung befindlichem Bedienungselement 11 einer nicht vorhandenen Beeinflussung
des Sollwertgebers 6, während die Beaufschlagung des Sollwertgebers 6 mit einer
poaktiven Führungsgröße eine steigende und die Beaufschlagung mit einer negativen
FUhrungsgröße eine fallende U/I-Charakteristik ergeben.
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In Fig. 2 sind drei typische, mit der Schweißstromquelle nach Fig.
1 erzielbare Strom/Spannungs-Charakteristiken veranschaulicht. Wird das dem Führungsgrößenstellglied
5 zugeordnete Bedienungselement 11 auf den Nullwert eingestellt, so ergibt sich
die ausgezogen gezelnhnete, im wesentlichen rechteckige Charakteristik A. Es wird
dieser Charakteristik zufolge bis zu einer bestimmten vorgegebenen Stromstärke,
die an dem Bedienungselement 9 des Stromsollwertgebers 7 eingestellt wurde, eine
konstante Spannung aufrechterhalten.
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Zur Erzielung einer steigenden (gestrichelt dargestellten) U/I-Charakteristik
B wird das Bedienungselement 11 des Führungsgrößenstellgliedes 5 auf Abgabe einer
positiven Führungsgröße an den Spannungssollwertgeber 6 eingestellt, wobei sich
die Steigung der Charakteristik B aus dem eingestellten Verstärkungsfaktor des Pührungsgrößenstellgliedes
5 ergibt. Bei Erreichen des an dem Einstellglied 9 eingestellten Stromsollwertes
fällt die Charakteristik B analog der Charakteristik A vertikal nach unten ab.
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Wird das Bedienungselement 11 im Sinne der Abgabe einer negativen
Führungsgröße seitens des Fuhrungstellgliedes 5 eingestellt, 80 ergibt sich eine
strichpunktierte Charakteristik C, die, sofern gegenUber der Charakteristik B an
dem Einstellglied 9 keine Veränderung vorgenommen wurde, bei dem gleichen Stromsollwert
wie die Charakteristik B vertikal nach unten abfällt.
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Es lassen sich also in dem Bereich, wo in der Schweißstromquelle
die Charakteristik durch den Spannungsregler festgelegt ist, beliebige Steigungen
der U/I-Charakteristik erzielen, und zwar von stark steigend über konstant bis stark
fallend. Der Stromsollwert bzw. Grenzstrom kann an dem Bedienungsglied 9 eingestellt
werden, Jedoch nicht höher als der höchstzulässige Strom durch das Stellglied 2.
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5 Patentansprüche