DE2019158A1

DE2019158A1 - Durch Stromrueckkopplung geregelte Stromversorgungseinrichtung,insbesondere fuer das Lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2019158A1
Application number: DE19702019158
Authority: DE
Inventors: Stearns James B; Wendelburg Robert W
Original assignee: Chemetron Corp
Current assignee: Chemetron Corp
Priority date: 1969-04-25
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1971-01-14
Also published as: US3549979A; BE749477A; CH511087A; GB1314683A; FR2044742A1; NL7005989A

Description

OR.-INQ. OIPL.-ΙΝβ. M. SC. OePt.-HH/β. DR. DIPL.-I-HYS. HÖGER - STELLRECHT- CSRiESSBACH - HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART

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Ü.S.Ser.No. 819,205 ·

Ghemetron Corporation, • 840 North Michigan Avenue, Chicago, Illinois, U.S.A.

Durch Stromrüekkopplung geregelte Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für das lichtbogenschweißen

Die Erfindung "bezieht sich auf eine mindestens durch Stromrückkopplung geregelte Stromversorgungseinrichtung zum Ausbilden und Aufrechterhalten eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, insbesondere für das Lichtbogenschweißen, mit einer durch eine Steuereinheit steuerbaren und insbesondere steuerbare Siliziumgleichrichter aufweisenden Gleichrichtereinheit und mit Einstellvorrichtungen-für die gewünschte Lichtbogenkennlinie sowie mindestens einer Abfüllvorrichtung für den Lichtbogenstrom, welche an den Eingang der Steuereinheit angeschlossen sind.

Eine derartige Stromversorgungseinrichtung ist in der deutschen Patentschrift ... (U.S.Anmeldung 819,204) beschrieben. Sie ist auch aus der US-Patentschrift 3 337 769 bekannt, in welcher ein sogenannter Schweißgleichrichter gezeigt ist, der einen Mehrphasen-Iransformator und eine mit steuerbaren Siliziumgleichrichtern bestückte Gleichrichtereinheit aufweist. Diese Einrichtung verwendet eine Strom- und Spannungsrückkopplung zur Steuerung des Zündzeitpunktes der Siliziumgleichrichter,

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die einen Mehrphasen-Vollweg-Gleichrichter bilden. Die Strom.-rückkopplung bewirkt eine einstellbare Steuerung der Neigung der Kennlinie, und die Spannungsrückkopplung hält die Lichtbogenspannung konstant. . .

Obwohl diese Einrichtung eine sehr zweckmäßige Stromversorgungseinrichtung £ür das Lichtbogenschweißen bildet, hat sie doch den Nachteil, daß ihre Bauelemente und insbesondere ihre Gleichrichter durch übernormal große Lichtbogenströme beschädigt werden können. Pur den erforderlichen Überstromschutz könnte zwar Überstromauslöser mit Kontakten in Serie zu den Hauptschaltern vorgesehen werden, diese würden jedoch zu langsam ansprechen, und müßten vom Schweißer jedesmal von Hand zurückgestellt werden. Überdies könnte dieser nur durch einen Schweißversuch feststellen, ob der aufgetretene Fehler nur vorübergehend war oder ob die Einrichtung einer Wartung bedarf.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine mindestens durch Stromrückkopplung geregelte Stromversorgungseinrichtung zu schaffen, die mit geringem zusätzlichem Aufwand eine zuverlässig und schnell ansprechende Überstromauslösung aufweist, die keine bewegten Teile enthält und somit betriebssicher und von langer Lebensdauer ist und die den Ausgangsstrom nur für die Dauer der Störung, und zwar auf einen vorgegebenen Minimalwert, begrenzt.

Dies wird bei einer Stromversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art erfinfunjsgemäß dadurch erreicht, daß mit der Abfüllvorrichtung für den Lichtbogenstrom einerseits und der Steuereinheit für die Gleichrichtereinheit andererseits eine selbsttätig rückstellbare Überstrombegrenzungsvorrichtung ver« bunden ist, durch welche die Steuereinheit beim Vorliegen eines den maximalen Betriebewert übersteigenden Lichtbogenstromes

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derart beeinflußbar ist, daß sie den Ausgangsstrom der Gleichrichtereinheit begrenzt.

Nach einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Überstrpmbe^ grenzungsvorrichtung einen elektronischen Schalter auf sowie eine mit der Steuerelektrode des elektronischen Schalters verbundene Schwellwertvorrichtung, durch welche der elektronische Schalter betätigbar ist. Vorteilhafterweise ist der elektronische Schalter mit einer Einstellvorrichtung derart verbunden, daß er bei seiner Betätigung mindestens einen Teil des Ausgangssignales der Einstellvorrichtung ableitet.

Beim Ausbilden eines Lichtbogens treten für gewöhnlich sehr hohe Lichtbogenströme von kurzer Dauer auf, die jedoch nicht zu einem Abschalten der Einrichtung führen dürfen. Nach einer weiteren-Ausgestaltung der Erfindung weist die Überstrombegrenzungsvorriohtung daher eine Verzögerungsvorrichtung-auf, über welche die Steuereinheit erst nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraumes, jedoch dann sehr schnell, beinflußbar ist.

Ein sehr einfacher Aufbau der Überstrombegrenzungsvorrichtung ergibt sich, wenn zwischen der Abfüllvorrichtung für den Lichtbogenstrom und dem elektronischen Schalter zwei spannungsabhängige Schalter, die vorteilhafterweise als gleichgepolte Zenerdioden ausgebildet sind, in Serie angeordnet sind und wenn zwischen den Schaltern ein, vorteilhafterweise mit einem RC-Glied ausgerüstetes Verzögerungsglied vorgesehen ist, dessen Verzöge- · rungszeit größer ist als die Einschwingzeit des Lichtbogens.

Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung enthält die Steuereinheit einen Verstärker, dessen Eingang mit dem Abgriff eines Summierpotentiometers verbunden ist, und ein Ende des Summierpotentiometers ist an eine Einstellvorrichtung und das

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andere Ende des Summierpotentiometers an die Abfüllvorrichtung für den Lichtbogenstrom angeschlossen,und der elektronische Schalter ist zwischen diesem einen Ende des Summierpotentiometers und einem Bezugspotentialanschluß angeordnet.

Wenn die Gleichrichtereinheit steuerbare Gleichrichter aufweist,.ist es günstig, wenn die Steuereinheit zum Steuern des Ausgangsstromes der Gleichrichtereinheit eine Vorrichtung zum Verändern des Zündwinkels der Gleichrichter enthält und mit der Überstrombegrenzungsvorrichtung der Zündwinkel der Gleichrichter verringerbar ist.

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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm und

Pig. 2 ein Schaltbild der Erfindung.

Das in Pig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel enthält einen Mehrphasen-Schweißtransformator 1, der Wechselstrom an eine Mehrphasen-Vollweg-Gleichrichtereinheit 2 liefert. Mit der Gleichrichtereinheit 2 sind zwei Ausgangsleitungen 3 und 4 verbunden, von denen die Leitung 3 die positive und die Leitung 4 die negative Leitung ist. Die negative Leitung 4 ist mit einem Werkstück 5 und die positive Leitung 3 mit einer Elektrode 6 verbunden. Wenn die Stromversorgung eingeschaltet wird, bildet sich zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 ein Lichtbogen 7 aus.

Pur eine sachgemäße Lichtbogenschweißung muß die Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 sorgfältig vorgewählt und dann die Lichtbogenspannung im wesentlichen konstant-gehalten werden. Hierfür ist ein Stromrückkopplungs-Summierverstärker 9 und ein Spannungsrückkopplungs-Summierverstärker 12 vorgesehen. Der Verstärker 9 ist mit einem Eingang an eine Bezugsspannungseingabe 8 und mit einem zweiten Eingang über eine Stromrückkopplungseinheit 10 an einen Stromfühler 11 ange-r schlossen, der ein Signal erzeugt, das dem Strom durch die Leitung 3 proportional ist. Ein Eingang des Summierverstärkers 12 ist mit dem Ausgang des Summierverstärkers 9 und der zweite Eingang des Verstärkers 12 über eine Spannungsrückkopplungseinheit 14 mit einer Spannungssignalleitung 13 verbunden, die an die Leitungen 3 und 4 angeschlossen ist, und zwar einen einseitig an Masse liegenden Lastwiderstand 13a (Pig. 2). Am Ausgang dee Summierverstärkers 12 steht daher ein modifiziertes Span-

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nungssignal zur Verfügung, das durch die Stromrückkopplung von der Neigung der Kennlinie des Lichtbogens und durch die Spannungsrückkopplung von dem Augenblickswert der Spannung abhängt.

Der Ausgang des Summierverstärkers 12 ist mit einer Zündeinheit 15 verbunden, die an die Gleichrichtereinheit 2 angeschlossen ist und an eine Reihe von steuerbaren Gleichrichtern Zündimpulse in der erforderlichen zeitlichen Staffelung liefert, um diese mit der Phasenlage leitend zu machen, welche die gewünschte Spannung zwischen der Elektrode 6 und dem Werkstück 5 und somit über dem Lichtbogen 7 ergibt.

Gemäß der Erfindung ist eine Überstromsteuereinheit 15a vorgesehen, die einerseite mit der Stromrückkopplungseinheit 10 und andererseits mit dem Summierverstärker 9 verbunden ist. Sie spricht auf einen übernormalen Lichtbogenst:£om an und tastet die Zündeinheit 15 zur Begrenzung des Lichtbogenstromes aus.

Die Überstromsteuereinheit 15a enthält eine Verzögerungsvorrichtung zum Verzögern des Ansprechens, um ein ungewolltes Auslösen durch Einschwingvorgänge zu verhindern, wie sie beispielsweise beim Zünden des Lichtbogens 7 auftreten. Die Überstromsteuereinheit 15a ist ebenfalls eine elektronische Einheit. Sie enthält weiterhin eine automatische Rückstellung, um eine Portführung des Schweißens zu erleichtern, wenn sich der einen Überstrom bewirkende Pehlerzustand von selbst wieder ausgleicht.

In Fig. 2 ist das Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt. Der Schweißtransformator 1 ist ein Dreiphasen-Transformator mit einer Sechsphasen-Sekundärwicklung 16 in Sternschaltung und einer Dreiphasen-Primärwicklung 17 in Dreieckschaltung. Die Wicklungen sind auf einem gemeinsamen Kern 18 angeordnet und liefern eine im wesentlichen konstante Spannung.

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Der .Sternpunkt der Sekundärwicklung 16 ist mit einer Drosselspule 19 eines Transduktors 20 mit durch Vormagnetisierung sättigbarem Kern in Serie zu zwei parallelgeschalteten Hauptstromwiderständen 21 zur Steuerung der Neigung der Lichtbogenkennlinie an das Werkstück 5 angeschlossen. Der Transduktor liefert eine veränderbare Induktivität in Serie mit dem Lichtbogen 7, was Besonders für das Shortarc-Verfahren wesentlich ist.

Das äußere Ende jeder Phasenwicklung der Sekundärwicklung 16 ist jeweils in Serie mit einem steuerbaren Siliziumgleichrichter an die Leitung 3 angeschlossen. Die zu diametral gegenüberliegenden Phasenwicklungen der sterngeschalteten Sekundärwicklung gehörenden Siliziumgleichrichter werden dabei jeweils gleichzeitig leitend gemacht. Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist dabei eine Phase über ein Paar von Siliziumgleichrichtern 22, die benachbarte Phase über ein Paar von Siliziumgleichrichtern 23 und die letzte Phase über ein Paar von Siliziumgleichrichtern 24 mit der Leitung 3 verbunden=, Jedes Gleichrichterpaar . ist gemeinsam an die Zündeinheit 15 angeschlossen, und· die drei Paare werden von dieser jeweils gleichzeitig mit aufeinanderfolgenden Zündimpulsen beaufschlagt. Durch zeitliche Steuerung der Zündung entsprechender der Siliziumgleichrichter 22 bis 24 wird dann jeweils ein geeigneter Teil jeder Halbwelle des Wechselstromes an die Leitungen 3 und 4 weitergeleitet.

Die Gleichricbterpaare sind an entsprechende Teile der Zündeinheit 15 angeschlossen, von denen die Zündschaltung 26 für die Siliziumgleichrlchjer 22 ausführlicher dargestellt ist. Die Zündschaltungen 26· und 26" für die Siliziumgleichrichter 23 und 24 sind ähnlich aufgebaut. Die Zündschaltung 26 wird über eine Leitung 27 erregt, die an den Ausgang des Summierverstärkers 12 angeschlossen ist. Das Signal auf der Leitung 27 be-

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stimmt den Zeitpunkt in jeder Halbwelle der an die Gleichrichter 22 angelegten Phasenspannung, zu welchem an die Gleichrichter 22 ein Zündimpuls angelegt wird, und bestimmt damit den Zeitraum jeder Halbwelle, in dem die Gleichrichter 22 leitend sind.

Wie noch zu beschreiben, ist die dem Eingang der Zündschaltung

26 zugeführte Wechselspannung synchron mit der von der Sekundärwicklung 16 an die Gleichrichter 22 angelegten Spannung. Diese Wechselspannung wird durch dasEingangssignal auf der Leitung

27 verändert, welches die Stromrückkopplung über die Einheit 10 und die Spannungsrückkopplung über die Einheit 14 durch Summierung in den Verstärkern 9 und 12 darstellt und eine konstante Ausgangsspannung mit vorbestimmter Neigung der Kennlinie be^ wirkt.

Der Stromfühler 11 besteht aus zwei Wiclungen 28 und 29, die mit dem von den Phasenwicklungen der Sekundärwicklung 16 zu den Anoden der Gleichrichter 24 führenden Leitungen gekoppelt sind. Die Wicklungen 28 und 29 sind parallel über zwei Leitungen 30 an die Stromrückkopplungseinheit 10 angeschlossen. Parallel zu den Leitungen 30 liegt ein Abschlußwiderstand 31. Die Stromrückkopplungseinheit 10 enthält eine Kennlinien-Neigungs-Schaltung 32, deren Ausgang mit dem Eingang des Summierverstärkers 9 verbunden ist.

Die Neigungsschaltung 32 enthält eine Vollweg-Dioden-Gleichrichi terbrücke 33, die an die Leitungen 30 angeschlossen ist und einen von dem Strom in den Zuleitungen der Gleichrichter 24 und damit auch von dem Strom in der Leitung 3 abhängigen pulsierenden Gleichstrom erzeugt. Dieser Gleichstrom wird durch einen Parallelkondensator 34 gefiltert und einem mit einem Abgriff 36 versehenen Potentiometer 35 zugeführt. Das Potentiometer 35 bildet einen Spannungsteiler, mit dem das Rückkopplungssignal zum Ausgleich von Pertigungstoleranzen bei den Stromwandlern

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auf eine vorgegebene Maximalneigung der Lichtbogenkennlinie eingestellt werden kann.

Zwischen dem Abgriff 36 des Potentiometers 35 ^un<^ dessen einem Ende ist ein weiterer Spannungsteiler angeschlossen, der aus zwei in Serie geschalteten Widerständen 37 besteht. Die Verbindungsstelle der Widerstände 37 ist mit einer Leitung 38 verbunden, welche die gemeinsame Masseleitung für die Steuerschaltung bildet. Zur Vereinfachung der Darstellung sind die verschiedenen Masseverbindungen durch ein Massesymbol angedeutet worden. Beim tatsächlichen Aufbau der Schaltung werden diese .dann durch einen eigenen Leiter miteinander verbunden. -

Parallel zu den Spannungsteilerwiderständen 37 ist eine Stromentnahmeschaltung angeschlossen, die ein erstes Potentiometer 39 in Serie zu einer Diode 40 enthält. Ein Abgriff 41 des Potentiometers 39 liefert dann ein Gleichstromsignal an eine mit dem Summierverstärker 9 verbundene Stromrüekkopplungsleitung 43» welche dem Stromrückkopplungssignal proportional ist.

Die Kombination aus dem Potentiometer 39 und den Spannungsteilerwiderständen 37 ermöglicht sowohl eine negative als auch eine positive Rückkopplung in Bezug auf die gemeinsame Masseleitung 38. Wenn sich der Abgriff 41 in Fig. 2 an der unteren Seite des Potentiometers 39 befindet, wird an den Summierverstärker 9 ein negatives Rückkopplungssignal weitergeleitet. Wenn der Abgriff nach oben bewegt wird, ist an einem bestimmten Punkt die Spannung gegenüber der Masseleitung 38 null, und es wird kein Stromrückkopplungssignal erzeugt. Eine Bewegung des Abgriffes 41 des Potentiometers 39 über diesen Punkt hinaus erzeugt auf der Leitung 43 ein positives Stromrückkopplungssignal.

Diese Anordnung ist besonders von Bedeutung bei einer Schweißstromversorgung, dLe einen Hauptstromwiderstand 21 oder ein

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ähnliches Belastungselement in der Schweißstromzuleitung aufweist, welches eine Neigung der Lichtbogenkennlinie hervor- . ruft ,und eine Anpassungsmöglichkeit für eine optimale Schweißcharakteristik darstellt.

Der dargestellte Summierverstärker 9 enthält eine Vollweg-Gleichrichterbrücke 44, die über einen Transformator 45 an eine Phase des Wechselstromnetzes gelegt ist und eine Gleichstrom-Vorspannung erzeugt. Am Ausgang der Gleichrichterbrücke 44 liegen ein Widerstands-Kondensator-Filter 46 sowie zwei in Serie geschaltete Zenerdioden 47. Die Verbindungsstelle der Zenerdioden 47 ist mit Masse verbunden. Das Euter 46 und die Zenerdioden 47 erzeugen eine geregelte Spannung für den Betrieb des Summierverstärkers 9 von zum Beispiel + 18 Volt an der oberen Leitung 48.

Der eigentliche Verstärker ist ein Differentialverstärker mit zwei npn-Transistoren 49 und 50, die" in einer bekannten Differentialverstärkerschaltung den Zenerdioden 47 parallelgesehaltet sind. Parallel zu den Zenderdioden 47 liegt ein Spannungsteilerglied aus einem Potentiometer 51 % dem ein Widerstand 52 vorgeschaltet ist. Ein Abgriff 53 des Potentiometers 51 ist in Serie mit einem Widerstand 54 an die Basis 55 des Transistors 49 angeschlossen und verursacht eine Vorspannung, die den Transistor 49 leitend zu machen trachtet, um ein Ausgangssignal an deesen Kollektor zu erzeugen.

Der gegengeschaltete zweite Transistor 50 des Differentialverstärkers wird von einem Summierpotentiometer 56 erregt, dessen eine Seite über einen Widerstand 57 mit der Stromrückkopplungsleitung 43 verbunden ist₉ Die andere Seite des Summierpotentio+ meters 56 ist über eine Leitung 58 an eine Pernbedienungs-Steckvorrichtung 69 angeschlossen»

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Die Steckvorrichtung 59 ist in bekannter Weise aufgebaut. Die Verbindungen in ihrem Inneren sind durch gestrichelte Linien angedeutet. Die Leitung 58 ist durch die Steckvorrichtung 59 mit einer Leitung 60 verbunden, die an einen Abgriff 61 eines Potentiometers 62 zum Einstellen der Eingangsspannung angeschlossen ist. Das Potentiometer 62 bildet die Bezugsspannungseingabe 8 von Fig. 1. Es ist an einer Seite über eine Diode 63 und einen Widerstand 64 mit der Leitung 48 und somit mit der positiven Seite der Gleichrichterbrücke 44 verbunden. Die andere Seite des Potentiometers 62 ist über die Steckvorrichtung 59 an die gemeinsame Masse angeschlossen.

Im Betrieb des Systems wird das Potentiometer 51 auf eine vorbestimmte Vorspannung für den Transistor 49 eingestellt. Das Potentiometer 62 wird so eingestellt, daß es auf einer Seite des Summierpotentiometers 56 eine vorbestimmte, der gewünschten Ausgangsspannung entsprechende Spannung erzeugt. Die Spannung an der anderen Seite wird von der Stromrückkopplung und insbesondere von der Spannung auf der Leitung 43 bestimmt. Ein Abgriff 65 des Potentiometers 56 leitet die Spannung über einen Widerstand 66 an die Basis des Transistors 50 weiter. Die an den Transistor 50 angelegte Spannung ist proportional der Differenz aus der vorgewählten Bezugsspannung am Potentiometer 62 und der Spannung auf der Leitung 43. Das Ausgangssignal des Summierverstärkers 9, das auf einer mit dem Kollektor des Transistors 49 verbundenen Leitung 67 erscheint, ist daher der Summe aus der Eingangs-Bezugsspannung und der Stromrückkopplungsspannung direkt proportional.

Das modifizierte Stromrückkopplungssignal auf der Leitung 67 wird an eine Spannungsrückkopplungsschaltung, und zwar an den Verstärker 12, angelegt. Die Spannungsrüekkopplungsschaltung ist ähnlich aufgebaut wie die Stromrückkopplungsschaltung. Sie

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enthält einen Differentialverstärker mit zwei Transistoren, die an eine geregelte Gleichstromversorgung angeschlossen sind, die eine mit dem Transformator 45 verbundene Vollweg-Gleichrichterbrücke 68 und ein Filter 69 enthält. Mit einem Transistor 71 des Differentialverstärkers ist in ähnlicher Weise ein Spannungsteiler-Potentiometer 70 verbunden, dessen eine Seite an die Stromrückkopplungsleitung 67 und dessen andere Seite über einen Widerstand 74 an die Spannungsrüekkopplungsleitung angeschlossen ist. Das Ausgangssignal des Differentialverstärkers wird über eine Leitung 75» die mit den Eingangsleitungen 27»· 27¹ und 27" der verschiedenen Zündschaltungen 26 in vielfach geschaltet ist, von dem Kollektor des Transistors 71 abgenommen»

Die Zündschaltungen enthalten eine Impulsschaltung 76 mit einer Vollweg-Gleichrichterbrüeke 77, die, ähnlich wie in der Anordnung nach der USA-Patentschrift 3 337 769, durch eine Phasenwicklung 78 auf einem der Schenkel des Kernes 18 des Schweißtransformators 1 durch die Spannung jeweils einer Phase erregt wird. Die Ausgangsspannung der Gleichrichterbrücke 77 ist nicht gefiltert. Sie bewirkt einen gleichphasigen Ladestrom für die Impulsschaltung 76, die einen zweistufigen Verstärker mit den Transistoren 79 enthält» der die Ladung eines Zündkondensators 80 steuert, welcher, ähnlich wie in der genannten USA-Patentschrift, mit einem Einschichttransistor 81 verbunden ist.

Der erste der beiden Transistoren 79 ist über eine Serienschaltμng 82 aus einer Diode und einem Widerstand mit der Leitung 27 verbunden. Die Ausgangsspannung der Impulsschaltung 76 steuert die Entladung eines Kondensators 83, der in Reihe mit einem Widerstand 84 an die Gleichrichterbrücke 77 angeschlossen ist. Parallel zu dem Kondensator 83 liegt ein steuerbarer Sllizium-

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gleichrichter 85 in Serie mit einem Widerstand 86. Der Ausgang des Einschichttransistors 81 ist über eine Leitung 87 mit der Steuerelektrode des steuerbaren Siliziumgleichrichters 85 verbunden. Zwischen den Zündperioden des Einschichttransistors 81 wird der Kondensator 83 über die Gleichrichterbrücke 77 aufgeladen. Durch Zünden des Einschichttransistors 81 wird auch der steuerbare Siliziumgleichrichter gezündet, so daß dieser leitet und den Kondensator 83 entlädt, wodurch an dem Widerstand 86 eine entsprechende Spannung entsteht.

An der Verbindungsstelle zwischen dem steuerbaren Siliziumgleichrichter 85 und dem Widerstand 86 sind zwei Widerstände 88 und 89 angeschlossen, die an ihren anderen Enden mit den Steuerelektroden von zwei steuerbaren Siliziumgleichrichtern 22 und der Gleichrichtereinheit 2 verbunden sind. Die in Kaskade geschaltete Leistungsverstärkerschaltung ist Gegenstand des Patentes ... (U.S.-Anmeldung 819 175).

Gemäß der Erfindung ist die Überströmsteuereinheit 15a zwischen dem Ausgang der Stromrückkopplungs-Gleichrichterbrücke 33 der Neigungsschaltung 32 und dem Summierpotentiometer 56 im Eingang des Summierverstärkers 9 für die Stroinrückkopplung eingeschaltet. Die Überstromsteuereinheit 15a enthält einen Nebenschluß- oder Kurzschlußtransistor 90, der so geschaltet ist, daß er das Eingangsbezugssignal kurzschließt, wenn der Lichtbogenstrom für einen vorbestimmten Zeitraum über einen vorbestimmten Wert ansteigt. Der Kurzschlußtransistor 90 wird von eine Spannungsabfühl- und Verzögerungsvorrichtung 91 gesteuert, die zwischen dem Ausgang der Gleichrichterbrücke 33 und dem Kurzschlußtransistor 90 eingeschaltet ist und an diesen ein modifiziertes Eingangssignal anlegt, das dem Lichtbogenstrom proportional ist»

Der Kurzschlußtransistor 90 ist ein npn-Transistor mit einem Kollektor 92, der unmittelbar an eine Seite des Summierpoten-

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tiometers 56 angeschlossen ist, und zwar an die gleiche Seite wie das Eingangsbezugssignal-Potentiometer 62. Ein Emitter 93 des Kurzschlußtransistors 90 ist unmittelbar an die Masseleitung 38 angeschlossen. Wenn der Kurzschlußtransistor 90 so vorgespannt ist, daß er vollständig leitet, schließt er die entsprechende Seite des Summierpotentiometers 56 gegen Masse kurz, so daß der Summierverstärker 9 ein minimales Eingangssignal erhält, wodurch wiederum der Zündzeitpunkt der Zündeinheit 15 so verschoben wird, daß die steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 bis 24 für den Hauptteil jeder Halbwelle gesperrt sind und somit ein minimales Ausgangssignal weiterleiten.

Eine Basis 95 des Kurzschlußtransistors 90 ist durch die Abfühl- und Verzögerungseinrichtung 91 mit der Gleichrichterbrücke 33 verbunden, um wie folgt die Leitfähigkeit des Kurzsehlußtranßistors 90 abhängig von übernormalen Strömen zu steuern. Zwischen der positiven Seite der Gleichrichterbrücke 33 und der an der Verbindungsstelle der Spannungsteilerwiderstände 37 angeschlossenen Masseleitung 38 und somit in Serie mit dem einen, unmittelbar am Ausgang der Gleichrichterbrücke 33 liegenden Spannungsteiler-Potentiometer 35, ist ein Potentiometer 97 in Serie mit einer Diode 96 eingeschaltet. Das Potentiometer 97 weist einen Abgriff 98 auf, der einen einstellbaren Spannungsabgriff zum Anlegen von verschiedenen Teilen der Stromrückkopplung an die Spannungsabfühl- und Verzögerungseinrichtung 91 und damit an die Basis 95 des Kurzschlußtransistors 90 bildet.

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Zwischen dem Abgriff 98 und der Basis 95 sind zwei Zenerdioden 99 und 100 in Serie eingeschaltet. Die Zenerdioden 99 und 100 sind spannungsabhängige Bauelemente, die so lange einen Stromfluß durch sie hindurch sperren, bis die Spannung an diesen Bauelementen über einen vorbestimmten Wert hinaus ansteigt. Zwischen

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den Zenerdioden 99 und 100 ist ein Widerstand 101 und zwischen der Zenerdiode 100 und der Basis 95 ein zweiter Widerstand 102 eingeschaltet. Weiterhin liegt zwischen der Verbindungsstelle zwischen dem Widerstand 101 und der Zenerdiode 100 einerseits und Masse andererseits ein Verzögerungskondensator 103, dem ein Entladewiderstand parallelgeschaltet ist.

Bei allen normalen Stromrückkopplungssignalen ist die an dem Abgriff 98 liegende Spannung kleiner als die Durchbruchspannung der Zenerdiode 99. Wenn aus irgendwelchen Gründen ein übernormaler Strom fließt, steigt die Spannung an dem Abgriff 98 über die Durchbruchspannung der Zenerdiode 99 hinaus an. Hierdurch zündet die Zenerdiode 99, leitet einen Strom zu dem Verzögerungskondensator 103 und lädt diesen mit einer Zeitkonstante auf, die durch den Widerstand 101 und den Verzögerungskondensator 103 bestimmt* ist. Die Zenerdiode 100 isoliert dabei die Basis 95 weiterhin von der Überstrom-Spannung.

Nach einem vorbestimmten Zeitraum ist die Spannung an dem Verzögerungskondensator 103 so weit angestiegen, daß sie die Durchbruchsspannung der Zenerdiode 100 erreicht. Hierdurch zündet auch diese und leitet einen Vorspannungsstrom an die Basis des Kurzschlußtransistors 90. Dieser Strom spannt den Kurzschlußtransistor 90 in Leitrichtüng vor, so daß dieser leitend wird und die Bingangsbezugsspannungsseite des Summierpotentiometers 56 gegen Masse kurzschließt. Dies bewirkt, daß dem Summierverstärker 9 scheinbar ein Eingangsbezugsspannungssignal vom Wert null zugeführt wird, so daß dessen Ausgang ein entsprechendes Signal für den Zündzeitpunkt der Zündschaltungen weiterleitet. Dies hat zur Folge, daß die steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 bis 24 für einen minimalen Zündwinkel leitend werden, wodurch die Ausgangsleistung der Stromversorgungseinrichtung einen Minimalwert annimmt.

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Die durch den Verzögerungskondensator 103 verursachte Verzögerung wird so ausgewählt, daß ein sofortiges Leitendwerden des Kurzsch,lußtransistors 90 infolge von Einschwingvorgängen bei sprunghaften Veränderungen des Lichtbogenstromes vermieden wird. Beispielsweise tritt beim Einschalten des Lichtbogens stets ein sehr hoher Stromstoß auf, der jedoch nicht zum Abschalten der Stromversorgungseinrichtung führen darf. Dieser Stromstoß dauert für gewöhnlich etwa 7 Perioden der Wechselspannung an. Die durch den Verzögerungskondensator 103 bewirkte Verzögerung kann in weiten Grenzen beliebig gewählt werden, es hat sich jedoch als.vorteilhaft herausgestellt, sie etwa 20 Periöden dauern zu lassen, weil dies einen zuverlässigen Überstromschutz ergibt,.ohne ein Auslösen infolge von Einschalt-Stromstößen zu bewirken.

Bei einer praktischen Ausführung der Erfindung wurde das Potentiometer 97 so eingestellt, daß es bei einem Strom von 800 Ampere ein Signal von 6,2 Volt abgab. Die Durchbruchspannung der Zenerdiode 99 war entsprechend gewählt worden, so daß diese bei diesem Wert leitend wurde und den Verzögerungskondensator 31 auflud. Nach Ablauf einer Zeitkonstante, dh. nachdem der Veiiögerungskondensator auf etwa 63 % der angelegten Spannung geladen war, wurde die Zenerdiode 100 leitend und diese übertrug einen Abschaltstrom an den Kurzschlußtransistor 90.

Wenn der den übernormalen Strom verursachende Kurzschluß oder extrem niedrige Belastungswiderstand am Ausgang wieder beseitigt wird, verschwindet ruc¹- wieder das Abschaltsignal am Kurzschlußtransistor 90. Die Zenerdioden 99 und 100 sperren wieder, und das Rückkopplungssystem hält wieder den eingestellten Schweiß zustand aufrecht, ohne daß es hierfür erforderlich wäre, daß die Bedienungsperson oder dergleichen eine Neueinstellung vornimmt.

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Wenn der Überstromzustand kurzer andauert als. die Verzögerungszeit der Spannungsabfühl-, und Verzögerungseinrichtung 91» wird der Verzögerungskondensator 103 während dieses Zeitraumes nur auf einen Wert unterhalb der Durchbruchsspannung der zweiten Zenerdiode 100 aufgeladen. Nach Abklingen des Überstromstoßes entlädt sich der Verzögerungskondensator 103 über den ihm parallelgeschalteten Entladewiderstand 104, wodurch die Einrichtung wieder auf ihren Normalzustand zurückgestellt, wird. .-■■'.

Die dargestellte Verzögerungs- und Abschaltvorrichtung bewirkt eine sehr zuverlässige Überstromabsehaltung mit einer sehr vorteilhaften automatischen Rückstellung und einer weitgehenden Unempfindlichkeit gegen Auslösen durch Einschwingvorgänge. Das System spricht gerade so schnell an, daß Einschwingsignale ohne Bedeutung sind und die steuerbaren Siliziumgleichrichter ausreichend schnell wieder innerhalb der Betriebsmäßigen Grenzwerte der Stromversorgungseinrichtung arbeiten. Die automatische. Rückstellung nach Beseitigung eines fehlerhaften Stromes bewirkt weiterhin eine unmittelbare und fortlaufende Anzeige des Betriebszustandes für den Schweißer, so daß dieser feststellen kann, ob eine Wartung der Einrichtung oder dergleichen notwendig ist.

Die Arbeltsweise des Ausführungsbeispieles der Erfindung gemäß Fig. 2 kann wie folgt zusammengefaßt werden. Über einen hier nicht dargestellten Schalter wifd Netzspannung an die Primärwicklung 17 des Schweißtransformators 1 angelegt. Von dem Ausgangswechselstrom der Sekundärwicklung 16 wird dann abhängig von der Zündung der steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 bis 24 ein !Teil an die Leitungen 3 und 4 angelegt.

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da-Der jeweilige Zündzeitpunkt wird bei durch die Erregung der Zündschaltungen 26 bestisot, und zwar durch die Entladung der zugehörigen Kondensatoren 83» die wiederum durch Phasensteuersignale auf den Leitungen 27, 27' und 27" gesteuert wird.

Das Eingangsbezugssignal wird durch entsprechendes Einstellen des Abgriffes, 61 am Potentiometer 62 vorgegeben, wodurch an eine Seite des Summierpotentiometers 56 eine entsprechende Spannung angelegt wird. Durch die Wicklungen 28 und 29 des Stromfühlers 11 wird ein Stromrückkopplungssignal erzeugt, das durch Einstellen des Abgriffes 41 an dem Potentiometer 39 für die Einstellung der Kennlinienneigung modifiziert und an die andere Seite des Summierpotentiometers 56 angelegt wird. Das differentielle Signal an dem Summierpotentiometer 56 steuert den Transistor 50 des Summierverstärkers 9 für die Stromrückkopplung derart aus, daß dessen Ausgangssignal zum Summierverstärker 12 für die Spannungsrückkopplung die der gewünschten konstanten Ausgangsspannung überlagerte Kennlinienneigung dar-? stellt. Der Summierverstärker 12 vergleicht dieses Signal in ähnlicher Weise mit dem Spannungsrückkopplungssignal auf der Leitung 13 und legt an die Zündschaltungen 26 ein Steuersignal für den Zündzeitpunkt der steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 bis 24 an, der erforderlich ist, um die gewünschte konstante Ausgangsspannung und die gewünschte Kennlinienneigung zu erzeugen und aufrecht zu erhalten.

Wenn der Lichtbogenstrom für einen vorbestimmten Zeitraum über den maximalen normalen Strom hinaus ansteigt, zünden die Zenerdioden 99 und 100 nacheinander und steuern den Kurzschlußtransistor 90 in seinen leitenden Zustand aus, wodurch der Zündzeitpunkt der steuerbaren Siliziumgleichrichter 22 bis 24 so weit verschoben wird, daß sich ein minimaler Ausgangsstrom aus-

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bildet. Wenn sich der Fehlerzustand von selbst ausgleicht, stellt sich die Stromversorgungseinrichtung von selbst wieder auf den gewünschten SchweiBzustand ein. Ist dies jedoch nicht der Fall, so gibt der minimale Ausgangsstrom der Bedienungsperson eine unmittelbare Anzeige dafür, daß ein größerer Fehler vorliegt und daß die Einrichtung einer Wartung bedarf.

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Patentansprüche:

Mindestens durch Stromrückkopplung geregelte Stromversorgungseinrichtung zum Ausbilden'und Aufrechterhalten eines Gleichstrom-Lichtbogens zwischen zwei Elektroden, insbesondere für das Lichtbogenschweißen, mit einer durch eine Steuereinheit steuerbaren und insbesondere steuerbare Siliziumgleichrichter aufweisenden Gleichrichtereinheit und mit Einstellworrichtungen für die gewünschte Lichtbogenkennlinie sowie mindestens einer Abfühlvorrichtung für den Lichtbogenstrom, welche an den Eingang der Steuereinheit angeschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Abfühlvorrichtung (11) für den Lichtbogenstrom einerseits und der Steuereinheit (9, 12, 15) für die Gleichrichtereinheit (2) andererseits eine selbsttätig rücksteilbare Überstrombegrenzungsvorrichtung (15a) verbunden ist, durch welche die Steuereinheit (9, 12, 15) beim Vorlegen eines den maximalen Betriebswert übersteigenden Lichtbogenstromes derart beeinflußbar ist, daß sie den Ausgangsstrom der Gleichrichtereinheit (2) begrenzt.

Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrombegrenzungsvorrichtung (15a) einen elektronischen Schalter (90) sowie eine mit der Steuerelektrode (95) des elektronischen Schalters (90) verbundene Schwellwertvorrichtung (99) aufweist, durch welche der elektronische Schalter (90) betätigbar ist.

Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (90) ein Festkörper-Bauelement, vorzugsweise ein Transistor, ist.

Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter (90) mit einer Einstellvorrichtung (62) derart verbunden ist, daß

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er "bei seiner Betätigung mindestens einen .Teil des Ausgangssignales der Einstellvorrichtung (62) ableitet.

5. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, da- - durch gekennzeichnet, daß zwischen der Abfüllvorrichtung

(11) für den Lichtbogenstrom und der Schwellwertvorrichtung (99) eine Einstellvorrichtung (97) angeordnet ist.

6. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 -5, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrombegrenzungsvorrichtung (15a) eine Verzögerungsvorrichtung (101 - 103) aufweist, über welche die Steuereinheit (9, 12, 15) erst nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraumes beeinflußbar ist.

7. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Abfüllvorrichtung (11) für den Lichtbogenstrom und dem elektronischen Schalter (90) zwei spannungsabhängige Schalter (99> 100) in Serie angeordnet sind und daß zwischen den Schaltern (99» 100) ein Verzögerungsglied (101, 103) vorgesehen ist, dessen Verzögerungszeit größer ist als die Einschwingzeit des Lichtbogens.

8* Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die spannungsabhängigen Schalter (99, 100) gleichgepolte Zenerdioden sind.

9. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch

en gekennzeichnet, daß das Verzögerungsglied ein Kondensator,

(103) aufweist, der zwischen der Verbindungsstelle zwischen den beiden spannungsabhängigen Schaltern (99, 100) und einem Bezugspotentialanschluß (38) angeordnet ist.

10. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem mit der Abführvorrichtung (11) für den Lichtbogenstrom verbundenen ersten spannungsabhängigen Schalter (99) und dem Kondensator (103) ein Widerstand (101) angeordnet ist.

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11. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchbruchspannung der mit dem elektronischen Schalter (90) verbundenen zweiten Zenerdiode (100) kleiner ist als diejenige der ersten Zenerdiode (99), vorzugsweise derart, daß die zweite Zenerdiode (IOO) "bereits nach einer Zeitkonstante des aus dem Widerstand (101) und dem Kondensator (103) gebildeten RC-Gliedes leitend wird.

12. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 9» 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß dem Kondensator (103) ein Widerstand (104) parallelgeschaltet ist.

13. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden An-r sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfühlvorrichtung (11) für den Lichtbogenstrom an ihrem Eingang einen Stromwandler (28, 29) und einen Gleichrichter (33) aufweist.

14. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Wiclung (28, 29) des Stromwandlers mit der Zuleitung zu einem der Gleichrichter (24) der Gleichrichtereinheit (2) gekoppelt ist.

15. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2-14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (9, 12, 15) einen Verstärker (9) enthält, dessen Eingang mit dem Abgriff (65) eines Summierpotentiometers (56) verbunden ist, daß ein Ende des Summierpotentioneters (56) an eine Einstellvorrichtung (62) und das andere Ende des Summierpotentiometers (56) an die Abfühlvorrichtung (11) für den Lichtbogenstrom angeschlossen ist und daß der elektronische Schalter (90) zwischen diesem einen Ende des Summierpotentiometers (56) und einem Bezugspotentialanschluß (38) angeordnet ist.

16. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 15» dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker ein Differentialverstärker (9) ist, dessen zweiter Eingang mit einer Einstellvor-

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richtung (51) für eine feste Vorspannung verbunden ist.

17. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende des Suminierpotentiometers (56) über eine Einstellvorrichtung (39) an die Abführvorrichtung (11) angeschlossen ist.

18. Stromversorgungseinrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleichrichtereinheit (2) steuerbare Gleichrichter (22 - 24) aufweist, daß die Steuereinheit (9, 12, 15) zum Steuern des Ausgangsstromes der Gleichrichtereinheit (2) eine Vorrichtung (.15) zum Verändern des Zündwinkels der Gleichrichter (22 - 24) enthält und daß mit der Überströmbegrenzungsvorrichtung (15a) der Zündwinkel verringerbar ist.

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