DE2344628A1

DE2344628A1 - Einrichtung zum elektrischen lichtbogenschweissen

Info

Publication number: DE2344628A1
Application number: DE19732344628
Authority: DE
Inventors: Werner Kiessling; Werner Theis
Original assignee: Messer Griesheim GmbH
Current assignee: Messer Griesheim GmbH
Priority date: 1973-09-05
Filing date: 1973-09-05
Publication date: 1975-03-06

Description

MG 825 KEoSr]R GRIESHEIM GMBH

Zusatz zu MG

Kennwort: Magnetische Kupplung II
Erfinder: Kießling, Theis.

•Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode, die eine Stromquelle mit einem Schvieißtransformator sowie eine Elektrodendrahtvorschubvorrichtung aufweist, wobei der Motor der Elektrodenvorschubvorrichtung mit einer Steuertransformatorwicklung verbunden ist, welche magnetisch mit einer Primärwicklung des Schweißtransformators gekoppelt ist (nach Patentanmeldung P 22 57 579.7). -

Durch die magnetische Kopplung wird vorteilhaft erreicht, daß dem Drahtvorschubmotor eine Steuerspannung zugeführt wird, die proportional der jeweiligen Schweißspannung ist; Bei Veränderung der Schweißspannung, beispielsweise durch Betätigung

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eines, das übersetzungsverhältnis von Schweißtransformatorprimärwicklung zu Schweißtransformatorsekundärwicklung verändernden Stufenschalter, wird über die magnetische Kopplung auch die Steuerspannung größer oder kleiner. Somit wird selbsttätig und ohne Betätigung eines weiteren Einstellorgans erreicht, daß mit Veränderung der Schweißspannung auch entsprechend die Steuerspannung für die Geschwindigkeit des Drahtvorschubmotors verändert wird. Da jedoch die Drahtvorschubgeschwindigkeit proportional dem Schweißstrom ist, wird somit vorteilhaft mit einem einzigen Einstellorgan Schweißspannung und Schweißstrom eingestellt.

In der oben genannten Hauptanmeldung wird ferner vorgeschlagen, daß zwischen Slektrodendrahtvorschubvorrichtuhg und Steuerwicklung ein Stellglied vorgesehen ist. Mit dem Stellglied können vorteilhaft Korrekturen der Drahtvorschubgesohwindigkeit - und damit des Schweißstromes - vorgenommen werden.

Diese Korrekturen sind erforderlich, da die Üher die magnetische Kupplung gewonnene Steuerspannungen für den Drahtvorschubmotor nicht über den gesamten Bereich linear dem gewünschten und zu der jeweiligen Schweißspannung gehörenden Schweißstromes sind. So ist beispielsweise die Steuerspannung im unteren Sahweißbereich (Schweißspannung w18 V) zu klein und im oberen Schweißbereich (Schweißspannung * 36 V) zu groß, sodaß entsprechend im unteren Schweißbereich der"Sahweißstrom zu klein und im oberen Sohweißbereich zu groß ist, und in diesen Bereichen keine optimalen Schweißergebnisse gewährleistet sindi Der Schweißer muß also in diesen Bereichen mittels des Stellgliedes eine entsprechende Korrektur vornehmen. Im mittleren Schweißbereich (Schweißspannung ca. 25 - 30 V) sind die »erreichten Schweißstromwerte optimal. -

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die Einrichtung ge- mäß der oben genannten deutschen Patentanmeldung diesbezüglich welter zu verbessern, insbesondere eine Einrichtung zu schaffen»

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bei der im unteren, mittleren und oberen Schweißbereich bei vorgegebener Schweißspannung stets optimale Schweißstromwerte erhalten werden, ohne das Korrekturen erforderlich sind. .

Die Erfindung besteht darin, daß in Reihe mit der Steuertransformatorwicklung eine Spannungsquelle mit fest vorgebbarer Spannung geschaltet ist. -

Durch die Spannungsquelle, beispielsweise einen Steuertransformator, dessen Primärwicklung am Wechselstromnetz und dessen Sekundärwicklung in Reihe mit der Steuertransformatorwicklung liegt, wird erreicht, daß die Steuerspannung (Motorspannung), und damit der Schweißstrom, genau dem gewünschten Schweißspannungsverlauf folgt. Mit einem einzigen Stellglied (Spannung sums cha It er), wird nunmehr gleichzeitig Schweißspannung und Schweißstrora eingestellt.

Korrekturen im unteren bzw. oberen Schweißbereich sind nicht mehr erforderlich.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschla_y gen, daß die Steuertransformatorwicklung mittels eines Schalters überbrückbar ist. Dadurch wird es bei geschlossenem Schalter vorteilhaft möglich, über die Spannungsquelle den Drahtvorschubmotor anzutreiben, und zwar ohne daß am Elektrodendraht eine Spannung ansteht.

Lies ist insbesondere beim Einfädeln des Drahtes in die Drahtvorschubvorrichtung, den DrahtzufUhrungsschlauch und den Schweißbrenner im Hinblick auf die Sicherheit der Bedienungsperson von besonderem Vorteil.

Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist in Reihe mit der SteuertransformatorwiGklung bzw. der Spannungsquelle die Primärwicklung eines Korrekturtransformators geschaltet, dessen Sekundärwicklung über einen Gleichrichter mit dem Drahtvorschubmotor in Verbindung steht. Bevorzugt ist der Korrekturtransformator als Stellspartransformator ausgebildet, mit einem verstellbaren

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Sekundärabgriff. Durch geringfügiges Verschieben des Sekundärabgriffes nach links oder rechts ist es einem Schweißer möglich, Je nach Schweißaufgabe einen kürzeren oder längeren Lichtbogen einzustellen und zwar über den gesamten Schweißbereich.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die- Zeichnungen, sowie unter Hinweis auf weitere vorteilhafte Merkmale weiter erläutert.

Es veranschaulicht

Fig. 1 ein Diagramm, in dem die Sjhweißspannung über der Steuerspannung für den Drahtvorsohubmotor aufgetragen ist;

Pig. 2 ein elektrisches Schaltbild der erfindungsgemäßen Einrichtung;

Fig. 3 ein weiteres Spannungsdiagrarnin.

In Flg. 1 ist auf der Ordinate die Schweißspannung U₃ und auf der Abzisse die Steuerspannung IL. = F . U_ ist (F = Übersetzungsverhältnis von Schweißtransformatorpritnärwicklunp: zu Steuerwicklung).

Die rait Io gekennzeichnete Linie ist die Kennlinie, die erforderlich ist, damit zu einer bestimmten voreingestellten Schweißspannung Ug über die magnetische Kopplung selbsttätig die dazugehörige Steuerspannung IL. und damit die Drahtfördergesohwindigkeit bzw. der Schweißstrom, erhalten wird. Die mit 11 bezeichnete Kennlinie ist die tatsächlich erreichbare Kennlinie, wenn als Stellglied ein einstellbarer Widerstand vorgesehen ist, wie es in der Hauptanmeldung vorgeschlagen wird. Diese Kennlinie 11 liegt im unteren Schweißbereich unterhalb und im oberen Schweißbereich oberhalb der idealen Kennlinie lo.

Mit der In Flg. 2 veranschaulichten erfindungsgemäßen Einrichtung ist nun vorteilhaft erreichbar, daß Schweißspannung ü*_o

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und dazugehörige Steuerspannung U„ auf der idealen Kennlinie liegen.

Die erfindungsgemäße Einrichtung 12 weist eine Stromquelle mit einem Schweißtransformator 14, sowie eine Drahtvorschubvorrichtung 15 auf.

Der Schweißtransforrnator 14 besteht aus einer Primärwicklung 16, mit Anzapfungen 17 bis 21, die über einen Stufenschalter 22 verbindbar sind. Die Sekundärwicklung 23 des Transformators 14 ist über einen Gleichrichter 24 einerseits mit einer abschmelzenden Elektrode 25 eines schema-tisch dargestellten Schutzgasschweißbrenners 26, und andererseits mit einem WerkstUck 27 verbunden. Detr. Schutzgasbrenner 26 wird ferner über Leitung 28 aus einer Versorgungseinrichtung 29 (Schutzgas (GO₂ oder Mischgas aus Ar, He, O₂, CO₂)zugeführt.

Die Elektrodenvorschubvorrichtung 15 besteht aus den kraftschlüssig an der Elektrode anliegenden Rollen 3o, die.mit einem Motor 31 mechanisch verbunden sind. Der Motor 31 ist unter Zwischenschaltung einer Gleichrichterbrücke 32 mit einer Steuertransformatorwicklung 33 verbunden.

Die Steuerwicklung 33 ist magnetisch mit der Primärwicklung gekoppelt. Erfindungsgemäß ist elektrisch in Reihe mit der Steuerwioklung 33 eine Spannungsquelle 34 geschaltet. Die Spannungsquelle 34 ist als Steuertransformator ausgebildet, dessen Primärwicklung 35 am Wechselstromnetz 36 und dessen Sekundärwicklung 37 in Reihe mit der Steuerwioklung 33 liegt.

In Reihe mit der Steuerwicklung 33 bzw. der Spannungsquelle ist die Primärwicklung 39 eines Korrekturtransformators 4o geschaltet, dessen Sekundärwicklung 41 über die Gleichriohterbrücke 32 mit dem Drahtvorschubmotor 31 verbunden ist. Zwischen Gleiohrichterbrüoke und Motor 31 ist ein Motorsohalter 46 vorgesehen.

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Die Steuerwicklung 33 ist mittels zweier Schalter 38 und 44 überbrückbar, wobei - wie aus dem im Ruhezustand veranschaulichten Schaltbild gemäß Fig. 1 hervorgeht - im Ruhezustand der Schalter 38 geöffnet und der Schalter 44 geschlossen ist. Im Ruhezustand ist ferner das Hauptschütz 45 und der Motorschalter 46 geöffnet.

Wenn der Elektrodendraht 25 in den Schweißbrenner 26 eingeführt v/erden soll, werden beispielsweise, von einem nicht dargestellten Relais der Schalter 38 und der Motorschalter 46 geschlossen. Der Motor 31 wird dadurch bewegt und schiebt den Elektrodendraht 25 zum Brenner. Es liegt jedoch auf Grund des noch offenen Hauptschützes 45 am Elektrodeniraht 25 keine Spannung an,-

Zum Schweißen wird das Hauptschütz 45 geschlossen und gleichzeitig der Schalter 38 geöffnet, sodaß nunmehr - gemäß der Erfindung - die Steuerwicklung 33 elektrisch in Reihe mit der Spannungsquelle 34 geschaltet ist. Der Schalter 44 sowie der Motorschalter 46 bleiben während des Schweißens geschlossen.

Der Korrekturtransformator 4o ist beim AusfUhrungsbeispiel als Steuerspartransformator ausgebildet, mit einem verstellbaren Sekundärabgriff 42.

Mit der in Fig. 2 veranschaulichten Einrichtung wird es vorteilhaft möglich, einen Kennlinienverlauf 43 zu erreichen, wie er im Diagramm in Fig.3 dargestellt ist. Die auf der Abzisse eingetragenen Punkte 17 bis 21 stellen die Jeweiligen mit dem Stufenschalter 22 einstellbaren Schweißspannungen dar. Ein Vergleich zwischen der gewünschten idealen Kennlinie Io in Fig. 1 und der Kennlinie 43 in Fig. 3 ergibt, daß beide gleich sind.

Die Kennlinie 43 wird vorteilhaft dadurch erreicht, daß das übersetzungsverhältnis F zwischen der Primärwicklung 16 und der Steuerwicklung 33 so gewählt wird, daß die über die Steuer- wioklung 33 abfallende Spannung IL. bei ansteigender - durch

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Stufenschalter 22 Betätigung - Schweißspannung (Primärspannung), so ansteigt, daß deren Anstiegswinkel ^₁ gleich dem Anstiegswinkel ^₂ der idealen Kennlinie Io in Fig. 1 ist.

Diese Spannung U,., deren Verlauf ebenfalls in Fig. 3 veranschaulicht ist, weist wohl die gleiche Steigung auf wie die gewünschte Spannung U_M, liegt aber parallel-verschoben unterhalb der Spannung U...

Durch die erfindungsgejnäß vorgesehene Spannungsquelle 34 wird zu der Spannung U_w ejne vorbestimmte, konstante Zusatzspannung U„ addiert und der Kennlinienverlauf 43 U,. = F (U_Q + U„) erhalten.

Die Größe der Zusatzspannung U„ sowie des o.g. Übersetzungsverhältnisses, sind von dem Jeweils zu verschweißenden Elektrodendrahtdurchinesser sowie von der Schutzgasart (COo oder Ar, He) abhängig.

Durch ZU- bzw. Abschalten von in Reihe oder parallel zur Primärwicklung 37 der Spannungsquelle 34 geschalteten, scheraatisch dargestellten Widerständen 47, ist es in einfachster Art und Weise möglich, die Größe der Zusatzspannung U_ zu verändern. Dies kann auch durch Anschluß der Leitung 48 an verschiedene Anzapfungen 48 erfolgen.

Die Neigung & ^ ist vorteilhaft durch Anschließen der Steuerausgangsleitung 49a an verschiedene Anzapfungen 49 an der Steuerwicklung 33 veränderbar.

Die Zusatzwechselspannung liegt entweder in Phase zu der Schweißspannung oder ist gegenüber dieser phasenverschoben. Dies ist abhängig davon, ob der Schweißtransformator im Dreieok - oder in Sternschaltung - geschaltet ist, wobei im Falle einer Transformatorumschaltung von Stern- auf Dreieckschaltung auch die Neigung nachgestellt werden muß.

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Erfordert eine Schweißaufgabe eine Abweichung vom Verlauf der Kennlinie 43, die eine üblich verwendete Lichtbogenlänge bewirkt, so kann der Schweißer durch Verschiebung des Sekundärabgriffs 42 einen kürzeren oder längeren Lichtbogen einstellen.

Die durch Verschiebung des Abgriffs 42 sich ergebenden Kennlinien sind mit 43 a (kurzer Lichtbogen) bzw. 43 b (langer Lichtbogen) bezeichnet. Die Kennlinien 43 a bzw. 43 b sind zur Kennlinie 43 verschoben und weichen in ihrer Neigung geringfügig von dem idealen Verlauf ab, wie auch aus Flg. 3 hervorgeht. Diese Abweichung hat Jedoch keinen Einfluß auf das Schweißergebnis.

Beim Ausführungsbeispiel ist die Steuertransformatorwicklung 33 auf der Primärwicklung 16 aufgewickelt. Es ist selbstverständlich auch möglich, eine andere magnetische Kopplung vorzusehen, beispielsweise keine separate Steuerwicklung 33 vorzusehen, und an einer schematisch mit 44 bezeichneten Anzapfung die Steuerspannung für die Dreiitvorschubvorrichtung 15 abzugreifen. Eine derartige Ausführung ist besonders einfach im Aufbau. Auch ist es vorteilhaft möglich, die Steuertransformatorwicklung 33 auf zwei oder mehrere Schenkel 16 und 16 a des Schweißtransforraators 14 aufzuteilen und miteinander zu verbinden. Ferner ist es vorteilhaft möglich, die Spannungsquelle 34 einstellbar auszubilden, beispielsweise über nachgeschaltete Widerstände.

Durch das Zu- bzw. Abschalten der Widerstände kann die Größe der Zusatzspannung und damit die Lage der Kennlinie 43 - Kennlinie wird parallel-verschoben - verändert werden, was beispielsweise beim Schweißen mit unterschiedlichen Elektrodendrahtstärken von Vorteil sein kann.

Anstelle der beim Ausführungsbeispiel vorgesehenen Wechselspannungsquelle 34 ist auch möglich, eine Gleichspannungsquelle vor-

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zusehen und diesem dem Gleichrichter 32 nachzuschalten, wobei der Stelltrafo 39 durch einen Verstellwiderstand zu ersetzen ist.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

_r Einrichtung zum elektrischen Lichtbogenschweißen mit abschmelzender Elektrode, die eine Stromquelle mit einem Schweißtransformator sowie eine Elektrodenvorschubvorrichtung aufweist, wobei der Motor der Elektrodenvorschubvorrichtung mit einer Steuertransformatorwicklung verbunden ist, welche magnetisch mit einer Primärwicklung des Schweißtransformators gekoppelt ist (nach dt. Patentanmeldung P 22 57 579.7), dadurch gekennzeichnet , daß in Reihe mit der Steuertransformatorwicklung (33) eine Spannungsquelle (34) mit fest vorgebbarer Spannung geschaltet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge.kenn zeichnet , daß die Steuerwicklung (33) mittels eines Schalters (38) überbrückbar ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Reihe mit der Steuerwicklung (33) bzw. der Spannungsquelle (3²O eine Primärwicklung (39) eines Korrekturtransforraators (40), vorzugsweise ein Steuerspartransformator, geschaltet ist, wobei die Sekundärwicklung (41) des Korrekturtransformators (40) mit dem Drahtvorschubmotor (31) in Verbindung steht.

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