DE2258656A1

DE2258656A1 - Regel- und steuerbare schweisstromquelle

Info

Publication number: DE2258656A1
Application number: DE19722258656
Authority: DE
Inventors: Dietrich Dr Ing Rehfeldt; Wilfried Dipl-Ing Stadlmann
Original assignee: ERDMANN JESNITZER FRIEDRICH PR
Current assignee: ERDMANN JESNITZER FRIEDRICH PR
Priority date: 1972-11-30
Filing date: 1972-11-30
Publication date: 1974-06-06
Also published as: FR2208753B3; NL7316061A; IT997675B; FR2208753A1

Description

Anmelder: Prof .Dr.-Ing.ha-bil.Dr.ir.h.c. i'riedricli Erdmann-Jesnitzer 5 Hannover-Davenstedt, Heimburgstr. 2

Obering. Dr.-Ing. Dietrich Behfeldt . 2258686

5011 Garbsen, Planetenring 16 ν ν

Dipl.-Ing. Wilfried Stadimann
3051 Dedensen, Breiter Busch 205

Kegel- xind steuerbare Schweißstromquelle

Die Erfindung betrifft eine regel- und steuerbare Stromquelle für Elektro-Schweißverfahren mit einstellbaren statischen Strom-Spannungskennlinien, insbesondere für Lichtbogen-, Plasma- und Elektroschlackeschweiß- und -metallurgieverfahren.

Bei derartigen Schweißstromquellen ist eine Anpassung der Belastungskennlinien an die geweilige Schweißaufgabe erforderlich, um über einen geeigneten Kegelvorgang (innere oder äußere Regelung) eine konstante Lichtbogenlänge bzw. Eintauchtiefe der Elektrode ins Schlackenbad bei der Elektroschlackeschweißung zu erreichen. Um reproduzierbare Schweißergebnisse zu erhalten, müssen vorgegebene optimale Schweißparameter, eventuell durch äußere Einflüsse (z.B. ITetzspannungsSchwankungen) gestört, konstant gehalten werden.

Es ist bekannt, zur Erfüllung dieser Erfordernisse geregelte Schweißstromquellen einzusetzen, deren Kennlinien mit elektronischen Mitteln konstant gehalten werden. Dazu dienen einfache Hegelkreise, bestehend aus einem analogen Leistungsstellglied und einem analogen Kegler. Eingesetzt werden vorzugsweise SchweißStromquellen, bestehend aus Transformator, Gleichrichter, transduktor- (1), transistor- (2) , (3) oder thyristorbestückter (4) Leistungstelle sowie Transistorregler in herkömmlicher analoger Netzgeräteschaltungstechnik.

(1) "Avt. Svarka", Kiew, 24(1971), H. 8, S. 63-66

(2) "Avt. Svarka", Kiew, 22(1969), H. 10, S. 27

(3) "Schweißtechnik", Wienj 24(1970), H. 10, S. 139 - 142

(4) "Avt. Svarka", Kiew, 23(1970), H. 2, S» 25 - 29

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Allen diesen beiinimten x^gre^cten iiaftet der Nachteil des fioiien schaltungstechnischen und bauteiliaäßigen Aufwandes an. Hinzu kommt noch der gerinne elektrische Wirkungsgrad der transistordostückten analogen Stromquellen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu_orunde, eine elektronisch gere_oelte Sch^T.;eiiSstromquelle bereitzustellen, die die aufgoführten Nachteile, vjie hoher Aufwand und schlechter Wirkungsgrad, nicht besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Speisestrom aus den: Schweißoleichrichter durch ein schnell _Deschaltetes Leistungsstellglied in Abhängigkeit der konstant zu haltenden Hereinreiße dem Schweißstromkreis zugeführt wird, unabhängig von den konstant zu haltenden Regelgrößen können an das System angepaßte Spannungs- und Strom-Zeitfunktionen beliebiger Kurvenform als iührungsgröße eingegeben werden. Dieser Vorgang ist u.a. für Stromimpulsschweißverfahren verwendbar. Als konstant zu haltende .Regelgrößen können Spannung, Strom und Grenzstrom vorgegeben werden, und damit werden horizontale, fallende und steigende Beiastungskennlinien der Stromquelle eingestellt.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung Nr. 1 dargestellt und im folgenden beschrieben. Der Netztransformator 1 liefert über den Gleichrichter 2 eine geeignete Gleichspannung, die über das Leistungsstellglied 3, die Drossel 4 und den Meßwiderstand 8 durch den Schweißlichtbogen an der Schweißstelle 7 den Schweißstrom treibt, über eine besondere Ansteuerungsschaltung 5 wird das Leistungsstellglied derart periodisch geschaltet, daß sich im Schweißkreis, bestehend aus dem Schalter 6, Drossel,4, Lichtbogen 7 und Meßwiderstand 8 ein konstanter vorgebbarer Schweißstrom fließt. Dabei wird vorteilhaft im "Einⁿ-Zustand von 3 magnetische Energie in 4 gespeichert, die im "Aus"-Zustand von 3 hei synchronem "Ein"-Zustand von 6 den Schweißstrom in 7 aufrecht erhält. Konstant zu haltende Regelgrößen werden für die Schweißspannung an 7 und für den Schweißstrom an 8 abgenommen. Die Regelgröße der Spannung wird direkt, die des Stromes über den Schalter 9 und den Verstärker 11 dem Regler 15 zugeführt. Mit dem Schalter lassen sich wahlweise durch Umpolen der Meßspannung an 8 fallende oder steigende Kennlinien einstellen. Der Betrag der Steigung und der Leerlaufspannung werden mit den Stellern 13 bzw. 16 eingestellt. Eine zusätzliche Anordnung, bestehend aus dem Verstärker 10 mit dem Steller 12, erzeugt mit der Meßspannung aus 8 eine einstellbare vertikale Strom-Spannungskennlinie. Dem Regler 15 werden die Referenzspannung und zusätzlich die Spannung der Führungsgröße eingegeben. Die analoge Ausgangsgröße des Reglers 15 wird im ADU 14 digitali-

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siert und über die Ansteuerschaltung 5 dem Leistungsstellglied zugeführt. Somit ergibt sich ein geschlossener Regelkre is.

Für eine Ausführungsform wird vorzugsweise das Leistungsstellglied 3 durch eine geeignete Anzahl parallel geschalteter schneller Schalttransistoren aufgebaut, die über einen Impulsverstärker 5 mit einem digitalen pulsdauermodulierten Signal des ADU 14 geschaltet werden. Als Schalter 6 wird vorzugsweise eine "fast-recovery"-Diode eingesetzt, die in dem Moment sperrt, wenn über· den Schalter 3 Spannung an die Drossel 4 gelegt wird.

Die mit der Erfindung erzielten·Vorteile bestehen insbeson- . dere darin, daß durch die Verwendung des Schalterprinzipes bei den Transistoren im Leistungsstellglied 3 wesentlich geringere thermische Verluste als bei den herkömmlichen analogen Stellgliedern auftreten. Somit wird die Anzahl der parallel geschalteten Transistoren erheblich verringert und der Aufwand an Kühlmitteln gesenkt. Bei diesem Verfahren wird die Drossel 4 mehrfach ausgenutzt. Sie liefert einerseits in den Schaltpausen von 3 den Schweißstrom, andererseits glättet sie die durch das Zerhacken entstehende Y/elligkeit, und ferner beeinflußt sie das dynamische Kurzschlußstromverhalten. Sie liefert die dynamische Spannungsspitze für das Rückzünden des Lichtbogens nach einem Tropfenübergang unter Kurzschluß.

In einer weiteren Ausfuhrungsform werden im Stellglied 3 vorzugsweise Thyristoren oder andere geeignete Schaltelemente so angeordnet, daß sie mit einer entsprechend ausgelegten Ansteuerungaschaltung 5 schnell ein- und ausgeschaltet /werden können. Der Gleichrichter 2 kann dabei gegebenenfalls entfallen.. ■ .

In einer weiteren Ausführungsform wird vorzugsweise dem Regler eine zeitabhängige Tührungsgröße zugeführt, die eine entsprechende Strommodulation im Schweißkreis bewirkt. Derartige Strommodulationen werden vorzugsweise bei der Stromimpulssohweißung benötigt. Damit ergibt sich gegenüber den konventionellen Stromimpulsquellen, die mit feeten Verhältnissen der Impulsfrequenz sur Netzfrequenz arbeiten, der Vorteil der frei einstellbaren Impulsfrequenz und Impulsform.

Weiterhin kann bei Einsatz der Stromquelle in einem Proze-ssführungBsystem eine den Prozess beeinflussende Führungsgrösse eingegeben werden. .

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Claims

■^ct ent: Jisprüche:

1.1 Die Erfindung betrifft eine re^el- und steuerbare Strom- - ^y quelle für EIe ktro schvjeißver fahren mit einstellbaren statischen Strom-Spannungskennlinien, insbesondere für Lichtbogen- j ΡΙαεπιε.- und Elektroschlackeschweiß- und -metallurgieverfahren

dadurch _oekennzeichnet , daß der Schv/eißstroia aus dem Schweißgleichrichter durch ein schnell geschaltetes Leistungsstellglied in Abhängigkeit der konst:oit zu haltenden Hegelgrößen dem Schweißstromkreis,u.a. bestehend aus- einer Drossel, der Schweißstrecke, eineia Meßwiderstand und einem ScIh lter zugeführt wird.

2. ischweißistromquelle nacli Anspruch 1, dadurch gekennz e ic Jane t, daß als Leistun^sstell^lied parallel ^eschrltete Schalttraiisistoren und als Schalter 6 (M^;. 1) eine "fast-recovery"-Diode Verwendung findet.

3. Schweißstromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Leistungsstellglied eine anordnung aus Thyristoren oder anderen geeigneten Schaltelementen dient, die durch eine geeignete Ansteuerschaltung schnell ein- und ausgeschaltet v/erden können.

4. 3c hv;e iß stromquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unabiiän^io von anderen Reijel_orößen eine ^n^epaßte beliebige Spannungs- und Stromzeitfunktion als JFuiirun^Sejrofie eingegeben werden kann.

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