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Parailel zum Schweißstromkreis an den Schweißgenerator einer Sehweißanlage
anschaltbare, elektromagnetisch gesteuerte Lichtschutz-Blende Die vorliegende Erfindung
betrifft eine parallel zum Schweißstromkreis an den Schweißgenerator einer Schweißanlage
anschaltbare} elektromagnetisch gesteuerte Lichtschutz-Blende,
bei
welcher ein im Ruhezustand die Blendenöffnung abdeckendes Filter bei elektromagnetischer
Steuerung entgegen einer Rückstellkraft die Blendenöffnung zumindest teilweise freigibt
und die elektromagnetische Steuerung eine oberhalb der maximalen im Betriebszastand
auftretenden Generatorspannung liegenden Ansprechschwellwert aufweist und im Stromkreis
der elektromagnetischen Steuerung ein zur Anpassung an Schweißanlagen mit unterschiedlicher
Teerlaufspannung veränderbarer Vorwiderstand liegt0 Es sind eine Reihe von Lichtschutz-Blenden
für Elektro schweißgeräte mit einem oder mehreren beweglichen Lichtfiltern, welche
durch Antriebsorgane wie Elektromagnete oder durch einen Elek-tromotor bewegt werden,
deren Steuerung entweder durch den Schweißstrom oder den durch diesen an einem Widerstand
erzeugten Spannungsabfall bewerkstelligt wird, bereits bekannt u.zw.in Form von
Brillen, Schildern oder Masken. Ailen diesen bekannten Lichtschutz-Blenden ist gemeinsam,
daß sie von Elektromagneten angetrieben werden, welche in Abhängigkeit vom Schweißs,trom
auf irgendeine Art gesteuert werden, Sa ist z. B. die;Ausführungsform einer Schweiß-Brille
beXannt, welche zwei durch einen Elektro-Magnet verschwenk- oder verschiebbare Schutzgläser
besitzt. Durch den fließenden Schweiß-
Strom wird eine Spule erregt,
deren Anker einen Hilfsstromkreis schließt, in welchem die Spule des Antriebs-Magneten
für die Sehutzgläser liegt. Die Stromquelle des Hilfsstromkreises kann dabei eine
Batterie oder-die Scflweiß-Maschine selbst sein. Bei geschlossenem Eilfestromkreis
werden also die Schutzgläser bewegt, so daß sie den Schweißenden vor Blendung bewahren.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, die in einem Kopfschild durch
Magnetantrieb verschwenkbaren Schutzgläser.mittels eines Handschalters zu steuern,,
welcher am Handgriff des Elektroden-Halters oder des Gasbrenners so angebracht ist,
daß er beim Halten des letzteren zugleich mitbetätigt wird. Als Stromquelle dient
dabei eine Batterie, welche den Antriebs-Magneten für die Schutzgläser betreibt.
Von dieser Ausführung ist eine weitere Variante bekannt, bei welcher die Antriebs-MagnetefUr
die Schutzgläser parallel zu einem Widerstand, welcher im Schweiß-Stromkreis liegt,-
angeschlossen werden. ber durch den Schweiß-Strom an diesem Widerstand auftretende
Spannungs-Abfall wird dabei zur Betätigung der Magnete benutzt.
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Werner ist ein Gerät bekannt, bei welchem ebenfalls durch den Schweiß-Strom
eine Spule erregt wird, die wiederum einen Hilfsstromkreis schließt, in welchem
der Betätigungs-Magnet für das
bewegliche Blendschutz-Filter liegt.
Ein weiterer Hilfsstromkreis, der nun vom bewegten Blendschutz-Filter geschlossen
wird, sorgt dafür, daß ein Teil der im Schweiß-Stromkreis befindlichen Erregerspule
kurzgeschlossen wird. Dadurch kennen Wärmeverluste im Schweiß-Stromkreis geringer
gehalten werden.
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Allen diesen bekannten Ausführungsformen einer Lichtschutz-Blende
für Elektro-Schweiß-Geräte haften Nachteile an, die so erheblich sind, daß sie in
der praxis nicht ausführbar waren. So ist z. 3. bei allen Geräten, welche durch
den Schvzeib-Strom die Blende steuern, die Erregerspule für den Hilfsstromkreis,
welche sich im Schweiß-Stromkreis befindet, als Hochstromspule auszubilden. Dies
würde sehr große Abmessungen bedingen, wodurch die für diesen Zweck erforderliche
Handlicikeit nicht mehr gegeben wäre. Abgesehen davon, daß sie deshalb also als
stationäre Einheit ausgebildet sein müßte, besteht diese Forderung auch aus Sicherheitsgründen
für den Schweißenden. Das Schild oder der Helm darf wegen seiner Nähe am Kopf des
Schweißenden keinen Hochstrom führen. außerdem fordert diese getrennte Einheit wieder
eine Anzahl von Leitungen, welche beim Schweinen immer hinderlich sind. Schließlich
führt die Kompliziertheit dieser Anlagen dazu, daß sie außerordentlich aufwendig
und daher sehr teuer und unirtscaftlich wären,
Die Lichtschutz-Blende,
welche mit einem Handschalter am Elektroden- oder Gasbrennerhaltegriff betätigt
wird, entbehrt jeder Automatik, wodurch keine Sicherheit gegen das Blenden beim
SchweiBen gewährleistet sein kann0 Schließlich ist anzuführen, daß der Anschluß
der Antriebs-Magnete für das bewegliche Lichtfilter parallel an einen im Schwß-Stromkreis
liegenden Widerstand den Nachteil hat, daß letzterer, um einen verwertbaren Spannungs-Abfall
herbeizuführen, einen bestimmten Wert haben muß. Dies setzt aber wiederum den von
der Anlage abgegebenen Schweiß-Strom derart herab, daß praktisch nicht mehr geschweißbwerden
kann. Das AnschlieBen dieses Blendschutz-Gerätes wäre außerdem für Gleich- und Wechselstromanlagen
nur dann möglich, wenn für jede Anlage-Art entsprechende Gleich- oder Wechselstrom-Magnete
eingebaut wären0 Diese Lösung ist also in der Praxis wegen der genannten und auch
weiteren, nicht genannten Schwierigkeiten unrealisierbar.
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Demgegenüber kennzeichnet sich die vorliegendeErfindung dadurch, daß
zur automatischen Anpassung dieser Vorwiderstand ein belastungsabhängiger, den Magnetstrom
unabhängig von der-Speise-Spannung auf einen konstanten Wert regelnder Widerstand,
z. 3 Kaltleiter ist.
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An Hand der Zeichnungen wird die erfindungsgemäße, parallel zum Schweißstromkreis
an den Schweißgenerator einer Schweißanlage anschaltbare, elektromagnetisch gesteuerte
Lichtschutz-Blende, bei welcher ein im Ruhezustand die Blendenöffnung abdeckendes
Filter bei elektromagnetischer Steuerung entgegen einer Rückstellkraft die Blendenöffnung
zumindest teilweise freigibt und die elektromagnetische Steuerung eine oberhalb
der maximalen im Betriebszustand auftretenden Generatorspannung liegenden Ansprechschwellwert
aufweist, und im Stromkreis der elektromagnetischen Steuerung ein zur Anpassung
an Schweißanlagen mit unterschiedlicher Leerlauf spannung veränderbarer Vorwiderstand,
liegt näher erläutert u. zw. stellen dar: Fig. 1 eine vereinfachte Ansicht des Gerätes
von hinten mit schematisch dargestelltem Anschluß an die Schweiß-Anlage, Fig. 2
ein Spannungs-Zeit-Diagramm für den Elektronik-Eigang, Fig. 3 ein Spannungs-Zeit-Diagramm
für den Elektronik-Ausgang, Fig. 4 die elektronische Schaltung.
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Auf einer Platine 1 befindet~sich, in Drehrillen von vier Führungsbolzen
2 geführt, eine auf und abschiebbare Blende 3.
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Letztere besteht aus einem leichten Material, welches die Eigenschaft
eines Lichtfilters ähnlich einem Schweißerglas besitzt
und welche
eine in Platine 1 vorgesehene Durchsichtöffnung 1' teilweise abdeckt. Au9 einem
an Platine 1 befestigten Bolzen 4 ist ein Kipphebel 5 drehbar gelagert. Rechts des
Bolzens 4 ist i1ielende 3 und links -davön ist der-Anker 6' eines Magneten 6 am
Kipphebel 5 ebenfalls drehbar gelagert. Eine Zugfeder 7 hat das Bestreben, den Kipphebel:5
um den Bolzen 4 im Uhszeigersinn zu drehen. Ein Ånschlag 8 sorgt für die richtige
Endstellung des Kipphebels 5 bei stromlosem Magnet 6. Die Eingangsklemmen 9 einer
elektronischen Schaltung 9 sind mit den Leitungen 11 und 12 parallel an die Stromanschlüsse
der Schweiß-Anlage 10 angeschlossen. Die elektronische Schaltung bildet das Zwischenglied
zwischen der Schweiß-Anlage 10 und dem Magneten 6 für die Blendenbetatlgung, welcher
an die beiden Ausgangsklemmen 9" der elektronischen Schaltung 9 angeschlossen ist.
Mit 13 ist die Schweiß-Elektrode und mit 14 der Schweiß-Gegenstand oder die Masse
bezeichnet. Die Schweiß-Stromleitungen tragen die Pos. 15. Die in Fig 1 gezeichnete
Ansicht stellt das Gerät im Ruhezustand der Schweiß-Anlage 10 dar, d. h. daß letztere
wohl unter Spannung steht, jedoch kein Lichtbogen vorhanden ist. In diesem Falle
befindet sich die Blende 3 bei angezogenem Magnet 6 in ihrer oberen Endlage und
gibt dadurch den Sehschlitz 16 frei für einen ungehinderten Durchblick. An den Eingangs-Xlemmen
9 (Fig. 4) der elektronischen Schaltung 9 liegt ein Vierweg-Gleichrichter 17, welcher
die eventuell angeschlossene
Wechselspannung der Schweiß-Anlage
1o in eine Gleichspannung umwandelt. Im Arbeitskreis der elektronischen Schaltung
9 liegt eine Widerstands-Kombination, bestehend aus einem Spezial-Widerstand, beispielsweise
einem sogenannten Kaltleiter 18 und einem parallel dazu geschalteten, gewöhnlichen
Widerstand 19. Weiter liegen im Arbeitskreis in Serie zur vorgenannten Widerstands-Kombination
das Blenden-Antriebsorgan, beispielsweise ein Elektro-Magnet 6, sowie die Strecke
Kollektor-Emitter eines Transistors 20. Die Anschlußpunkte des Magneten 6 sind identisch
mit den Ausgangs-Klemmen 9" der elektronischen Schaltung 9. Die beiden Widerstande
21 und 22 stellen einen Spannungsteiler dar, an welchen eine Zenerdiode 23 in Serie
mit einem Widerstand 24 angeschlossen ist. Letzterer liegt wiederum an der Basis
des Transistors 20. Ein Kondensator 25 übernimmt die Glättung der vom Gleichrichter
17 gelieferten pulsierenden Gleichepannung. Kondensator 26 bewirkt eine eindeutige
Definierung der Schaltspannung für die Zenerdiode 23 durch eine weitere Glättung
der von Kondensator 25 vorgeglätteten, pulsierenden Gleichspannung. Diode 29 dient
als Schutz für Transistor 20 gegen Spannungsspitzen.
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Wird nun das erfindungsgemäße Gerät mit seinen Eingangs-Klemnen 9'
parallel zum Schweiß-4tromkreis 15, d. h. beispielsweise an die gleichen Anechluß-Klemmen
der Schweiß-Anlage 10, an weichen
die Schweiß-Elektrode und die
Masse anzuschließen sind, angeschlossen, und die Schweiß-Anlage lo eingeschaltet,
so liegt an den-Eingangs-Klemmen 9' und somit auch auf derWechselspannungsseite
des Gleichrichters 17 die Leerlaufspannung der Schweiß-Anlage lp. Gleichzeitig wird
über der Plusleitung 28 gegen die Minusleitung 27 eine entsprechende Gleichspannung
liegen. Diese Gleichspannung habe. B. einen Wert von 60 Volt.
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Durch.die Spannungsteilung der Widerstände 21 und 22, welche einen
gleichen Ohmwert besitzen, liegt über dem Steuerkreia, in welchen sich die Zenerdiode
23 befindet, eine Spannung von 3o Volt. Da die Zenerdiode 23 bis zu einer Spannung
von 24 Volt sperrt, verbleibt eine Restspannung von 6 Volt, welche einen Steuerstrom
durch die Strecke Basis-Emitter des Transistors 20 treibt, wodurch ein Strom im
Arbeitskreis fließt, in wichem auch der Magnet 6 liegt0 Letzterer zieht also sofort
an, der Kipphebel 5 dreht sich um den Bolzen 4 entgegen der Federkraft der Zugfeder
7 im Gegenuhrzeigersinn un4 zieht dadurch die Blende 3 nach oben. Somit gibt letztere
also den Sehschlitz 16 für den Durchblick frei, Wird nun mit der Elektrode 13 der
Schweiß-Gegenstand 14 berührt, so fällt die Spannung an den Eingangs-Klemmen 9'
der elektronischen Schaltung 9 sehr stark, mitunter bis auP-O Volt ab. Das gleiche
tritt ion derFlusleitung 28 gegenüber der Minueleitung 27 ein. Sei deren Gleichsannung
z. B. auf 10 Volt gesunken, so liegt aie am Spannungsteiler der
Widerstände
21 und 22 angeschlossene Zenerdiode 23 nur noch an 5 Volt, wodurch letztere total
sperrt. Die Sperrung an der Zenerdiode 23 tritt infolge ihrer Kennlinie sehr abrupt
und.
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die des Transistors 20 noch krasser ein, wodurch der Magnet 6 sehr
rasch reagieren muß. Wird also der Transistor 20 sperrend, so fließt im Arbeitskreis
kein Strom mehr, der Anker 6' des Magneten 6 fällt.ab und die Zugfeder 7 bewegt
den Kipphebel 5 im Uhrzeigersinn um den Bolzen 4, so daß die Blende 3 sich nach
unten bewegt und den Sehschlitz 16 wieder schließt.
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Da nun die verschiedenen Fabrikate der Schweiß-Anlagen 1o verschiedene
Leerlaufspannungen aufweisen können, die wischen 50 und 8o Volt schwanken, ist es
erforderlich, daß die erfindungsgemäße Lichtschutz-Blende auch bei Anschluß an diese
verschiedenen Spannungen einwandfrei arbeitet. Um dies zu gewährleisten, ist die
erfindungsgemäße Kombination eines Spezial-Widerstandes, beispielsweise eines Kaltleiters
18 mit einem parallel dazugeschalteten Widerstand 19 eingebaut. Liegt z. B. eine
relativ niedrige Gleichspannung von 50 Volt zwischen der Plusleitung 28 und der
Minusleitung 27, so wird ein relativ geringer Strom im Arbeittkreis, in welchem
diese Widerstandskömbination liegt, fließen. Der Kaltleiter 18 hat gegenüber dem
Parallel-Widerstand 19 i* kalten Zustand einen sehr geringen Widerstandswert. Der
Gesamwiderstand einer Parallelgrupp. von Widerständen
ist immer
kleiner als der kleinste in ihr befindli¢he Widerstand. Somit hat also die Widerstands-Kombination
18/19 einen sehr geringen Widerstand. Der Spannungs-Abfall an der Widerstands-Kombination
ist damit gering, ebenfalls der Spannung Abfall auf der Kollektor-Emitterstrecke
des Transistors 20.
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Somit bleibt also der Hauptspannungs-Abfall über dem Magneten 6, wodurch
dieser also trotz der relativ niedrigen Spannung zwischen Plusleitung 28 und Minusleitung
27 seine erforderliche Nennspannung erhält. Liegt als Gegenteil zwischen Plusleitung
28 und Minusleitung 27 eine hohe Gleichspannung entsprechend einem höheren Leerlaufspannungswert
der Schweiß-Anlage 10, eo fließ im ersten Moment durch den Arbeitskreis und somit
auch durch die Widerstands-Kombination 18/19 ein hoher Strom. Dadurch erwärmt sich
der Kaltleiter 18 rasch und bekommt einen wesentlich höheren Widerstandswert, der
über dem Wert des parallel geschalteten Widerstandes 19 liegt. Da auch hier nach
dem Gesetz, daß die Widerstands-Kombination bei Parallelschaltung den kleineren
Wert als der kleinste in ihr enthaltene Widerstand besitzt, gültig ist, wird also
der Widerstandswert der Kombination kaum ueber den des Widerstandes 19 hinausgehen.
Letzterer ist aber so berechnet, daß der durch ihn hervorgerufene Spannungs-Abfall
so groß ist, daß der verbleibende Spaunwige-Äbfall am Magneten 6 etwa seiner Nennapannung
en*spriaht.
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Die Auslegung des Spannungs-Anschlußwertes des Magneten 6, sowie der
Zenerdiode 23, des Spannungsteilers 21/22 und des Kondensators 26 sind in Verbindung
mit der Widerstands-Kombination 18/19 eo ausgedacht und berechnet, daß der Magnet
6 trotz verschieden hohen Arbeitapannungen, welche durch Umschalten der Schweiß-Anlage
1o auf verschiedene Schweiß-Stromstärken wegen Verwendung von verschieden starken
Schweiß-Elektroden 13 an den Eingangs-Klemmen 9' während des Schweißens entstehen
können, an den Ausgangs-Klemmen 9" der elektronischen Schaltung 9 immer soviel Spannung
liegt, daß der Magnet 6 während des Schweißens nicht abfallen und die Blende ) dadurch
effnen kann.
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Es ist einleuchtend, daß an diese elektronische Steuerschaltung verschiedene
elektrische Antriebs-Organe wie z. B. Drehmagnete, Schrittmotoren u. dgl. für den
Antrieb einer beweglichen Blende angeschlossen werden können. Durch geeignete Maßnahmen
kann die Spannung am Ausgang der elektronischen Schaltung 9 umgepolt und damit ein
vor- und rücklaufender Elektromotor für das Öffnen und Schließen einer Blende verwendet
werden.