DE2431702A1

DE2431702A1 - Schweissvorrichtung mit drahtzufuehrung und bogenregelung

Info

Publication number: DE2431702A1
Application number: DE2431702A
Authority: DE
Inventors: Edmond Joannes Jozef De Keyser
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1975-01-23
Also published as: FR2235753B1; FR2235753A1; GB1453901A; SE7408617L; US4000374A; NL175973C; BE817261A; BR7405527D0; DE2431702C2; NL7309296A; JPS55150B2; IT1015586B; ES427864A1; FI60822B; SE406163B; JPS5070249A; NO742387L; FI201574A; FI60822C

Description

PHN.7007 VA/FF • 11-3-197^

Dipl.-!«» F.-.?. KUPFKiIMANN

Anr,t..v.;er: [sj_ γ, Philips Uiüeuümpenrabrieken

·- I Γ *ν '/

Anmeldung vom;

"SchwelssVorrichtung mit Drahtzuführung und Bogenregelung"

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schweissvorrichtung mit Drahtzuführung zum Kurzschliessbogenschueissen, die eine Schweissenergiequelle, eine Einrichtung zum Zuführen abschmelzbaren Schweissdrahtes und einen Schweissdrahthalter enthält, der eine mit der Schweissenergiequelle verbundene Anschlussklemme und eine mit dem zu schveissenden ¥erkstück zu verbindende Anschlussklemme aufweist, wobei während des Schweissvorganges Regelparameter, wie Leerlaufspannung E.o der Schweissenergiequelle und Drahtgeschwindigkeit V, unterschieden werden.

Beim Schweissen mit abschmelzbarem Schweissdraht, gibt es viele den Schweiss vor garig beeinflussende Parameter. Mit der Annahme, dass die Schweissgeschwindxgkeit, d.h. die Geschwindigkeit, mit der der Schweissdrahthalter in bezug auf das Werkstück verschoben wird, an die Abschmelzgeschwindigkeit des Schweissdrahtes ange-

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passt ist, so dass eine gute Schweissverbindung erhalten wird, werden zwei den Schweissvorgang beeinflussende Parameter näher betrachtet. Der eine Parameter ist die Leerlaufspannung E₀, die im wesentlichen die Schweissenergie beeinflusst, während der andere Parameter die Schweissdrahtgeschwindigkeit V ist, die die Abschmelzgeschwindigkeit, also die pro Zeiteinheit verarbeitete Materialmenge, bestimmt. Der Einfluss von E₀ und V ergibt sich aus einigen äussersten Einstellpunkten. Bei grosser V in bezug auf E₀ schmilzt der Draht im wesentlichen durch Wärmeentwicklung in dem Draht und tritt kaum ein Bogen auf. Die Bogenwärme übt kaum Einfluss auf das Abschmelzen

des Drahtes aus. Die relative Bogenzeit A , die als die .Bogenzeit T, geteilt durch die Zykluszeit T definiert ist, ist sehr kurz.

Bei grosser E₀ in bezug auf V tritt ein Bogen auf, der ein derart schnelles Abschmelzen des Drahtes herbeiführt, dass der Bogen erlischt und gewartet werden muss, bis der Draht wieder mit dem Werkstück kurzgeschlossen wird. Der Einfluss der Vorerhitzung

des Drahtes durch einen I R-Effekt ist gering.

Die letztere. Einstellung kann derart geändert werden,

dass stets ein Bogen auftritt und der Draht regelmässig abschmolzt, z.B. dadurch, dass E₀ ein wenig herabgesetzt oder die Geschwindigkeit V etwas gesteigert wird. In diesem Gebiet gilt, dass A, = 1 ist. Zwischen dem ersteren und dem letzteren Gebiet liegt ein Einstellgebiet, in dem abwechselnd eine Bogenperiode und eine Kurzschlussperlode auftreten, so dass.A, zwischen 0 und 1 liegt. Während der Bogenperiode wird das Werkstück erhitzt und schmilzt der Schweissdraht in Form eines Tropfens, der in das geschmolzene Material des Werkstückes gelangt, bevor er von dem Draht abgetrennt wird, wodurch ein Kurzschluss gebildet wird. Aus der Schweissenergiequelle fliesst

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ein Kurzschlussstroin, der den Tropfen von dem noch festen Teil des Schweissdrahtes abtrennt, der aus dem Schweissdrahthalter hervorragt: Ausserdem wird nun ein Bogen zwischen diesem Teil und dem Werstück gezündet, dessen Wärme u.a. bewirkt, dass das Schweissdrahtende, das von den vorhergehenden Bogenströmen und Kurzschlussströmen schon vorerhitzt worden war, wieder in Form eines Tropfens abschmilzt. Der gerade beschriebene Schweissvorgang, der unter der Bezeichnung "Kurzschliessbogenschweissen" oder "dip transfer"-Schweissen bekannt ist, bietet für gewisse Anwendungen viele Vorteile, u.a.

- Ein genauer Richteffekt, damit an der richtigen Stelle geschweisst wird. Dieser Effekt wird durch die geringen Abmessungen und die schnelle Reihenfolge der Tropfen herbeigeführt.

- Bessere Regelung der Wärme, die dem Werkstück zugeführt wird, so dass dünnes Material mit weniger Gefahr vor Durchbrennen geschweisst werden kann. Die Erhitzung der Stelle, an die die Tropfen gelangen, kann auf angemessene Weise eingestellt werden.

Schweissvorgänge, bei denen ein Bogen auftritt, sind im allgemeinen selbsteinstellend. Innerhalb bestimmter Grenzen schmilzt der Schweissdraht nach wie vor regelnlässig ab. Wenn z.B. die Schweissenergie zu gross wird, wird in erster Linie die Vorerhitzung des Drahtes grosser und der Bogen wärmer. Dies ergibt ein schnelleres Abschmelzen des Drahtes. Die Bogenspannung wird grosser und veil diese als Gegen-EMK für die Schweissspannung wirkt, nimmt der Strom ab, so dass die Schweissenergie wieder abnimmt und das schnellere Abschmelzen wieder beseitigt wird. Bei abnehmender Schweissenegie nähert sich der Draht dem Werkstück weiter, nimmt die Bogenspannung ab und nimmt der Schweissstrom zu, und die Schveissenergie wieder

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zu erhöhen.

Diese selbsteinstellende Eigenschaft bereitet aber beim Kurzschliessbogenschweissen Schwierigkeiten. -Aenderungen in der Schweissenergie werden auch hier durch die Bogenleistung neutralisiert und veranlassen Aenderungen in dem Abstand zwischen dem Werkstück und dem festen Teil des Schweissdrahtes, oder mit anderen Worten: bei konstantem Abstand zwischen Schweissdrahthalter und Werkstück ändert sich die hervorrangende Drahtlänge. Da jedoch während eines Teiles der Zeit ein Bogen auftritt, stellt sich heraus, dass die Aenderung in der Bogenleistung beträchtlich ist, während sich die Abmessungen der Tropfen ändern. Bei höherer Schweissenergie stellt sich ein Zustand ein, in dem die Bogenzeit relativ länger und die KurzSchlusszeit relativ kürzer wird, während die Gesamtzykluszeit länger wird. Letzteres ist darauf zurückzuführen, dass in grösserer Entfernung von dem Werkstück grössere *^ Tropfen'gebildet werden. Aus Obenstehendem geht also hervor, dass die relative Bogenzeit A, länger wird. Es wird gemessen, dass die Vorerhitzung des Schweissdrahtes nahezu unverändert bleibt. Bei abnehmender Energie wird die hervorrangende Länge grosser, werden die Tropfen kleiner und wird die Zykluszeit kürzer, während die relative Bogenzeit herabgesetzt wird.

Aenderungen, die infolge z.B. unwillkürlicher Bewegungen der den Schweissdrahthalter bedienenden ^Person in der hervorragenden Drahtlänge auftreten, werden auch durch einen selbstregelnden Effekt zwischen der Vorerhitzung des Schweissdrahtes und der mittleren Bogenleistung neutralisiert.

Tn der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, dass der Schweipser selber sowie die verschiedenen Parameter noch einen der-

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artigen Einfluss ausüben, dass nicht unter allen Umständen eine gute Schweissverbindung erhalten wird. Das Schweissen hat überhaupt nicht zum Zweck, eine gewisse Materialmenge zu verarbeiten, sondern eine homogene, einwandfreie durchgeschweisste Verbindung herzustellen. So wird ein weniger geschulter Schweisser dazu geneigt sein, beim Schweissen dünner Platten zur Vermeidung von Durchbrennen den Energieeinstellung, d.h. die Leerlaufspannung, zu niedrig zu wählen. Häufig treten dann Schweissfehler auf, indem örtlich die Bogenleistung ungenügend gewesent ist, um das Werkstück in ausrechendem Masse zu erhitzen und zum Schmelzen zu bringen.

Auch wird die Einstellung niedrig gewählt, um das

Schmelzbad in dem Yerkstück besser zu regeln oder um beim senkrechten Schweissen z.B. Absacken des Schmelzbades zu verhindern. Es ist einleuchtend, dass in diesen Fällen die Parameter, wie Aenderung der Leerlaufspannung infolge Netzspannungsschwankungen, Aenderung der hervorragenden Drahtlänge, Aenderung des ohrasohens Widerstandes in dem Schweisskreis und Asnderung der Schweissdrahtgeschwindigkeit, einen grossen Einfluss ausüben und eine zu grosse, aber meistens eine zu kleine Bogenleistung herbeiführen können.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine konstante Bogenleistung beim Kurzschliessbogenschweissen zum Erhalten einer guten Schweissverbindung von entscheidender Bedeutung ist. Wenn der Mittelwert dieser Leistung zeitlich konstant gehalten wird, wird in Verbindung mit dem selbstregelnden Effekt des Schweissvorgangs unter verschiedenen Bedingungen und in geringerer Abhängigkeit von der Geschultheit des Schweissers eine konstante Wärmezufuhr zu dem Werkstück.erhalten, so dass eine Schweissverbindung hergestellt wird, die einwandfrei durchgeschweisst ist und eine gute Haftung

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zwischen Zusatzmaterial und Werkstückmaterial aufweist. Dazu ist eine Schweissvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissvorrichtung eine Messeinrichtung, die eine die mittlere Bogenleistung P_ darstellende Messgrösse erzeugt, und eine Vergleichseinrichtung enthält, die die Messgrösse mit einer eingestellten Bezugsgrösse vergleicht und bei Abweichung eine Regelgrösse zur Steuerung einer ersten Regelvorrichtung erzeugt, die einen Regelparameter in kompensierendem Sinne beeinflusst, wobei die Leistung P_ nahezu konstant bleibt.

Zur Verdeutlichung sei noch erwähnt, dass die mittlere Bogenleistung die an das ¥erstück abzugebende Wärmemenge bestimmt,. und.dass Regelung dieser Leistung eine Regelung der Wärmezufuhr zu diesem Werkstück bedeutet. Wenn die vorhandene Wärmemenge zu gering ist, ist die Haftung schlecht und liegt das Material des Srhweissdrahtes auf dem Werkstück; wenn zuviel Wärme vorhanden ist, schmilzx das Werkstück in zu grossem Masse und werden in dünnen Plattenmaterial Löcher gebildet. Bei einer richtigen Wärmeabgabe gibt es ein richtiges Ausmass des "Einbrennes".

Die Schweissvorrichtung nach der Erfindung bietet den Vorteil einer weiteren Automatisierung des BogenschweissVorgangs, wobei- auch weniger gut geschulte Schweisser die Geräte einstellen können und eine konstante Schweissgüte erhalten wird. Wie bereits erwähnt wurde,, ist dies von besonderer Bedeutung bei denjenigen Verbindungen, für die das Kurzschliessbogenschweissen angewendet werden muss.

In einer Ausführungsform wird als Regelparameter die

Schweissdrahtgeschwindigkeit V verwendet. Dazu ist die Vorrichtung zum Zuführendes Schweissdrahtes mit einer Motorregeleinrichtung ver-

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sehen, die an die Regeleinrichtung des Schweissgerätes nach der Erfindung angeschlossen ist. Es ist dabei vorteilhaft, dass ein besonders einfaches Schweissgerät erhalten wird. Die Schveissgeschvindigkeit soll wohl an die nun etwas variierende Abschmelzgeschwindigkeit angepasst werden.

In einer anderen Ausführungsform wird in bezug-auf die Leerlaufschweissspannung E_e geregelt. Dieses Verfahren ergibt ein genauer wirkendes Schweissgerät mit konstanter Amschmelzgeschwindigkeit.

Zum Messen der mittleren Bogenleistung sind die bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass entweder über längere Zeit oder über die.Zykluszeitdauer T der mittlere Bogenstrom, während der Bogenzeit T. , oder die Bogenzeit T, selber gemessen wird. Obwohl ein Eindruck der mittleren Bogenleistung dadurch erhalten werden kann, dass an den Klemmen der Schweissenergiequelle oder an der Klemme des Schweissdrahthalters die Spannung während der Bogenperiode gemessen, diese Spannung mit dem Bogenstrom I, multipliziert und das Ganze zeitlich integriert wird, zeichnet sich die gerade beschriebene Ausführungsform durch die Einfachheit des Messvorgangs aus. Mit elektronischen Mitteln kann der Unterschied z.B. zwischen Bogenspannung und Kurzschlussspannung an den Klemmen der Schweissenergiequelle leicht detektiert werden, so dass Bogenzeit und Kurzschlusszeit bestimmt werden können, während sich ausserdem beim Kurzschliessbogenschweissen herausgestellt hat, dass es genügt, in der Bogenzeit den mittleren Bogenstrom zu bestimmen und auf A, .I, pro Zyklus oder über

b bgem ^{c J}

längere Zeit t auf die Summation von X, , I pro Periode einzu-

bgem' b ¹

stellen.

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Venn bei einem veiter automatisierten Schweissgerät sich die hervorragende Dralitlänge nicht ändern -wird, genügt es, auf den Mittelwert der Bogenzeit T, oder auf die relative Bogenzeit A, als Parameter für eine konstante mittlere Bogenleistung einzustellen.

Beim Dauerbogenschweissen ist A = 1 und kann auf die

mittlere Bogenleistung oder auf den mittleren Bogenstrom eingestellt werden, so dass der obenbeschriebene selbstregelnde Effekt begünstigt wird und bessere Schweissergebnisse erzielt werden. Tn jedem Falle werden bei einem derart eingestellten Gerät Netzspannungsänderungen und Aenderungen in Uebergangswiderständen im Schweisskreis weggeregelt die immer die Schweissenergie und also die Bogenleistung beeinflussen.

Vorzugsweise wird in einer Schveissvorrichtung nach der Erfindung ein integrierender Verstärker verwendet, mit dem auf einfache Weise ein Mass der mittleren Bogenleistung erhalten wird, die

durch A, . I, oder durch die Summation von I, . I, pro Periode t b bgem bgem b ^c

dargestellt ist.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der

Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben, Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Schweissvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Messeinrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3 einen integrierenden Verstärker mit Bezugsgrösse zur Anwendung in der Schweissvorrichtung nach der Erfindung, und

Fig. k ein detailliertes Schaltbild der Mess- und Vergleichs e inri ch tung nach der Erfindung.

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In Fig. 1 ist schematisch eine Schweissvorrichtung dargestellt. Das die Schweissenergie liefernde Speisenetz wird an die symbolisch dargestellte Klemme 1 angeschlossen. Die Schweissenergie· quelle 2 weist zwei Ausgangsklemmen h und 5 auf, zwischen denen die Schweisspannung und die Leerlaufspannung E₀ gemessen werden können, wenn nicht geschweisst wird.

Die Schwexssenergxequelle 2 ist gegebenenfalls mit

einem Eingang 3 versehen, mit dessen Hilfe die Leerlaufspannung Eo eingestellt werden kann. Vorzugsweise wird in diesem Falle eine von Thyristoren gesteuerte Schwexssenergxequelle mit einer Steuereinheit für die Thyristoren verwendet. Schweissenergiequellen, die aus einem zwei- oder mehrphasigen Setzwerk gespeist und gegebenenfalls mit einer Thyristorregelung versehen sind, sind als bekannt zu betrachten. Da diese Quellen für die Erfindung nicht wesentlich sind, werden sie nicht weiter beschrieben. Einem Schweissdrahthalter 6 wird der Schweissdraht 7 zugeführt, der über eine Führung 8 mit einer Anschlussklemme 9 zu dem Werkstück 10 geführt wird. Der Bogen 11 bringt den Draht zum Schmelzen und bildet das Schmelzbad 12 des Werkstückes in Abhängigkeit von dem angewendeten Schweissvorgang. Die Schweissenergie wird über die Verbindungsleitungen 13 und 14 zugeführt, wobei die Verbindungsleitung 13 zwischen den Klemmen h und 9 und die Verbindungsleitung lh zwischen der Klemme 5 der Schwexssenergxequelle 2 und dem Werkstück 10 angebracht ist. Der Schweisstromkreis besteht also aus dem Schweisskabel 13» dem Schweissdrahthalter 6 mit der Führung 8, der hervorragenden Länge 15 des Schweissdrahtes, dem Bogenteil 11, dem Werkstück 10 und dem Schweisskabel 1^. Der Schweissdraht 7 wird über Rollen 16, die üboi eine Aeh^o 17 angetrieben werdi.-n, von einer Haspel 18 zu^ oführt.

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Die Achse 17 ist mit einer Motoreinheit 19 verbunden, die von einer Motorregelvorrichtung 20 gesteuert wird, die selbstregelnd sein kann und dem Schweissdraht eine konstante Geschwindigkeit Y erteilt, oder die an einem Eingang 21 oder einem Eingang V gesteuert werden kann, so dass die Geschwindigkeit V über einen grossen Bereich einstellbar ist. Die bisher beschriebene Schweissvorrichtung vom bekannten Typ ist nach der Erfindung mit einer Messeinrichtung 22 versehen, die Eingänge (mit 23 bezeichnet) aufweist, denen Daten zur Bestimmung der mittleren Bogenleistung des Bogens 11 zugeführt werden. In Fig. 1 ist dies symbolisch mit der gestrichelten Linie P, vom Bogen 11 zu den Eingängen 23 angedeutet. Eine Messgrosse, die die· mittlere Bogenleistung darstellt, wird über eine Verbindungsleitung 24 einer Vergleichseinrichtung 25 zugeführt, die an einem Eingang 26 eine Bezugsgrösse R empfängt.

Bei Abweichung des Wertes der Messgrösse von dem Vert von R erzeugt die Vergleichsschaltung ein Steuersignal am Ausgang 27» das einer ersten Regelvorrichtung 28 zugeführt wird. Die Vorrichtung 28 kann eine Verstärkerschaltung sein, die derart bemessen ist, dass geeignete Steuersignale an einer Leitung 29 auftreten, die mit dem Eingang 3 der SchweissenargiequeHe 2 verbunden ist, wenn dieser mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Schweissenergie versehen ist. Diese Einstellvorrichtungen sind bekannt und können vom Transduktortyp zur Einstellung der Schweisspannung, des Schve i. ss troms oder dieser beiden Grossen sein oder köntiE:n z.B. Thyristoren enthaLten, mit deren Hilfe der durch die Leerleiufspan nutig Ε» gebildete Parameter über eine an den Eingang 3 angesdilof · no 5> teuere iiihoit n inges to 111 wird. Auch können die Stßuersipnalf d«r Hegt: i verrichtung 28 über eine leitung ^O dein Eingang: 21 <lc.r

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Motorregelvorrichtung 20 zugeführt werden. Auch diese Regelvorrichtungen sind bekannt und sind meistens mit Thyristorreglern und mit Tachorückkopplungen zum Konstanthalten einer eingestellten Schweissdrahtgeschwindigkeit versehen. Ausser den genannten Regelparametern, wie Leerlaufspannung E₀, Schweisspannung, Schweisstrom, Schweissenergie und Drahtgeschwindigkeit V, können auch andere Regelparameter, wie Abstand zwischen Schweissdrahthalter und Werkstück, Schweissgeschwindigkeit oder geeignete Kombinationen derselben, gewählt werden. Eine weitere Automatisierung der Schweissvorrichtung wird erhalten, wenn Information über den Schweissdrahtdurchmesser von der Haspel 18 über eine Verbindungsleitung 31 der Vergleichsschaltung 25 zugeführt wird, mit der die Eigenschaften derselben oder der Vert der Bezugsgrösse R angepasst werden. Auf diese Weise lässt sich ein Sohveissgerät erhalten, dessen Bedienung stark vereinfacht ist, weil nur ein einziger Einstellknopf, und zwar der Einstellknopf für die Schweissdrahtgeschwindigkeit V, mit dem die Bezugsgrösse R gekoppelt ist, übriggeblieben ist, wie in Fig. 1 mit der gestrichelten Linie zwischen R und Y* angegeben ist.

In Fig. 2 ist ein Teil der Schweissvorrichtung nach

Fig. 1 dargestellt, wobei ein Blockschaltbild der Messeinrichtung 22 ausgearbeitet ist. Eine Strommessvorrichtung 32 ist mit Klemmen 23a und 23b an den SchweisStromkreis angeschlossen, in dem eine Impedanz 33 niedrigen Wertes aufgenommen ist. Auf diese Weise lässt sich eine Spannung erhalten, die dem Schweisstrom proportional ist. Die Schveisspannung wird zwei Anschlusspunkten 3h und 35 in den Schweisskabeln I3 und 14 entnommen. Der Anschlusspunkt "}l\ ist mit dem Eingang 23b und der Anschlusspunkt 35 ist mit dem Eingang 23c verbunden. An die Eingänge 23b und 23c ist in der Messeinrichtung

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22 eine Einheit 36 angeschlossen, die einen Impulserzeuger enthält, der mit bekannten Begrenzungs- und Spannungspegeldetektionsmitteln versehen ist. Atis der S chwe is spannung, die beim Kurzschlusspannung in der Grössenordnung von z.B. 1 bis 10 Y und den Vert der Bogenspannung in der Grössenordnung von z.B. 15 his 35 V kann ein rechteckiges Signal abgeleitet werden, dessen Flanken mit den Uebergänger zwischen Bogen und Kurzschluss oder zwischen Kurzschluss und Bogen zusammenfallen. Gegebenenfalls ist der Impulserzeuger mit Filterelementen versehen, die zufällige kurzzeitige Kurzschlüsse beseitigen. Die Einheit 36 ist weiter mit einer Zeitmessvorrichtung versehen, die unter Steuerung des genannten Rechtecksignals Zeitsignale erzeugt, die ein Mass für die Bogenzeit T, und die Zykluszeit T sind. Z.B. kann während der Zeit T, ein Schalter geschlossen werden, damit eine Stromquelle einen Kondensator auf eine Spannung auflädt, die die Zeitdaher T, darstellt, und kann von gleichen Mitteln eine Kondensatorspannung abgegeben werden, die die Zeitdauer T darstellt. Indem diese Spannungen einer Teilerschaltung zti-"geführt werden, wird ein der relativen Bogenzeit A proportionales Signal erhalten. Die genannte Rechteckspannung kann über· eine Verbindungsleitung 37 der Strommessvorrichtung 32 zugeführt werden, damit aus dem Schweisstrom der Bogenstrom abgeleitet wird, so dass die Vorrichtung 32 dem Ausgang 38 ein den mittleren Bogenstrom darstellendes Signal für eine Multiplizierschaltung 39 liefert, lieber eine Verbindungsleitung 40 liefert die Einheit 36 der Schaltung 39 ein die relative Bogenzeit A darstellendes Signal. Die Multiplizierschaltung 39 liefert dem Ausgang kl ein Signal, das die Messgrösse darstellt und gleich dem Produkt von I, , über die Zeit T,

D D

ausgemittelt, und A ist.

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Beim Dauerbogenschwedssen ist es möglich, dass die Einheit 3^ an die Leitung 40 ein Signal lieferb, das einen festen Wert entsprechend A = 1 hat. Der Impulserzeuger kann dann gegebenenfalls eine rechteckige Testspannung statt der Rechteckspannung liefern,

die beim Kurzschliessboge.nschweissen von dem Zyklus Kurzschlusspannung-Bogenspannung erzeugt wurde. Dies kann wichtig sein, wenn die Strommessvorrichtung eine integrierende Funktion erfüllt und ein Rückstellsignal, z.B. über die Verbindungsleitung 37» benötigt. In "denjenigen Schweissvorgängen, bei denen die hervorragende Drahtlänge 15 in Fig. 1 konstant bleibt, wie bei automatischen Schweissvorrichtungen, erweist es sich als genügend, auf eine konstante mittlere Bogenzeit T oder auf A einzustellen. In Fig. 2 können dann die Einheiten 32 und 39 weggelassen werden oder kann die Einheit 32 ein konstantes Signal an die Multiplizierschaltung 39 liefern.

,Fig. 3 zeigt eine bekannte integrierende Schaltung, die in der Schweissvorriclitung als Vergleichs schaltung 25 verwendet werden kann. Ein Verstärker h2, der z.B. ein Operationsverstärker sein kann, liefert dem Ausgang ^3 die Regelgrösse in Form einer Spannung in bezug auf Erde. Der Eingang 4 5 ist mit Erde und der Eingang hk ist mit dem Ausgang kj über den Integrationskondensator k6 verbunden. Der Eingang hh bildet den Summationspunkt für einen Messtrom und einen Bezugssti'om, wobei dieser Bezugsstrom durch einen Widerstand h"/ und durch die Spannung am Läufer k8 eines Potentiometers h9 bestimmt wird. Das Potentiometer wird von einer konstanten Bezugsspannung K gespeist. Die Regelgrösse wird Null sein, wenn der Bezugsstrom zu dor Eingangskiemme 2h abfliesst, was bedeutet, dass die Hessgrösse zu diesem Zeitpunkt einen Stromwert gleich dem gewünschten Einstell- oder Bezugswert hat. Ein Vorteil dieser Ver-

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gleichsschaltung ist der, dass durch die integrierende Funktion bestimmte Glättungs- und Filterelemente in dem Regelkreis wegfallen können.

Eine günstige Anwendung des Integrators nach Fig. 3

zeigt das Schaltbild nach Fig. h, in dem verschiedene Funktionen der Einheiten 32, 36 und 39 der Fig. 2 kombiniert sind. Der Impulserzeuger 50, der die Schweisspannung an den Eingangsklemmen 23b und 23c von den Anschlusspunkten ^k und 35 in den Schweisskabeln I3 und lh empfängt, liefert das Rechtecksignal 51 an die Ausgangsklemme 52 für eine Einheit 53> die zwei miteinander gekoppelte monostabile Multivibratoren enthält. An der Flanke 56 des Rechtecksignales 511 die. dem Zustand "Ende Kurzschluss" entspricht, wird, der erste Multivibrator gestarter und liefert an einen Ausgang 55 einen kurzen Abtastimpuls 57· Das Ende dieses Impulses weist eine Flanke auf, die den zweiten Multivibrator triggert, wodurch dieser an einen Ausgang 5h einen Rucksteilimpuls 58 liefert.

Die Strommessvorrichtung 32 ist mit einem Puffer— und Messverstärker 59 versehen, der mit seinen Eingangsklemmen an die Eingangsklemmen 23a und 23b angeschlossen ist und die Spannung über dem Widerstand 33 empfängt, durch den der Schweisstrom fliesst. An der Ausgangsklemme 6O des Verstärkers 59 tritt eine Spannung auf, die für den Schweisstrom repräsentativ ist.

Am Ausgang 6O ist ein Potentiometer 61 mit einem Läufer 62. angebracht, das über einen Widerstand 65 mit einem Ans chlus spunkt 63 eines Schalters Gk verbunden ist. Das andere Ende des Schalters 6h ist mit dem Eingang 2h der Vergleichsschaltung 25 zur Lieferung der Messgrösse verbunden. Fin Steuereingang 66 des Schalters C-i ist mit dem Ausgang 52 des Impulserzeugers 50 verbunden. Dadurch ist der

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Schalter während einer Zeit, die der Bogenzeit T, entspricht, für Strom durchlässig und wird dem Summationspunkt des Eingangs kk ein Strom geliefert, der den Bogenstrom darstellt. Yenn die Ladung Q , die dem Eingang 2k geliefert wird, betrachtet wird, lässt sich sagen. dass das Potentiometer 61 und der Widerstand 65 mit dem Schalter eine Multiplizierschaltung bilden, weil

Q = I I. .dt = I- .T₁ (1 )

m / b bgem b ^v '

wobei I, den augenblicklichen und U den mittleren Bogenstrom darstellt.

Der Integrationskondensator kG kann von einem Schalter 67 mit Steuereingang 68 kurzgeschlossen werden, der an den Ausgang 5k kurzzeitig für Strom durchlässig ist, so dass die Ladung des Kondensators kG Null wird.

Der Ausgang k¹} des Verstärkers k2 ist über einen

Schalter 69 mit Stouereingang 70 mit einem Speicherkondensator 71 verbunden, der geerdet ist und dom Ausgang 27 eine Spannung liefert, die die Regelgrösse darstellt. Der Steuereingang 70 ist mit dem Ausgang 55 verbunden, wodurch der Schalter 69 kurzzeitig infolge des Abtastimpulses 57 leitend ist.

Die Impulse 57 und 58 treten zeitlich regelmässig auf, und zwar mit einem Impulsabstand gleich der Zykluszeit T. Dadurch, dass der Impuls 57 zuerst auftritt, wird die Spannung am Ausgang kj jeweils nach dor Zeitdauer T an den Speicherkondensator 7I weitergeleitet, dor diese Information also in der folgenden Zykluszeit T, die einen anderen Wert haben kann, speichert. Sofort nach dem Impuls 57 stellt dur Impuls 58 den Integrator k2-kG auf Null zurück und

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werden also die integrierten Daten des vorhergehenden Zyklus entfernt. Die Schalter 67 und 69 mit ihrer Steuerung sind als eine Teilerschaltung zu betrachten, die Messungen des Bogenstroms I und der Bogenzeit T, zu der Zykluszeit T in Beziehung setzt.

In der Zykluszeit T liefert die Bezugsquelle, die aus

der konstanten Spannungsquelle E , dem Potentiometer h9 mit Teilverhältnis B und dem Widerstand hj besteht, dem Summationspunkt des Eingang hk eine Ladung Q . Der Widerstand ^7 hat einen Wert 1^7' so dass höchstens ein Bezugsstrom I gleich E /Rk₇ geliefert werden kann. Es gilt, dass:

Q_x, = B. I_rT (2)

Wenn weiter angenommen wird, dass die Spannung E positiv und die Spannung am Ausgang 60 negativ ist, ist die Spannung VYq am Ausgang 43 gleich der Spannung V. ^- über dem Kondensator h6, wofür gilt, dass:

^Yk3 = ^V46 = %6^^Ch6 (3)

wobei Ci s der Kapazitätswert des Kondensators k6 und Q^z; die Ladung dieses Kondensators ist.

Weiter ist nun

	%6	m r	.T_b-B.:	Z .T	..I, -B. b bgem	r
so dass		bgem
oder	^-3		T ^Ch6 .
	^V71	■ ^Τ<ΰ ■

(5)

(6)

' Aus der Gleichung (6) lässt sich schliessen, dass die Kondensatorspannung V , die die Regelgrösse bildet, gleich Null ist, wenn die mittlere Bogenleistung,- die durch A, .I, dargestellt

b bgem

ist, gleich B.I ist. Es leuchtet ein, dass durch die Wahl von B diese Leistung einstellbar ist und von dem Schweisser zur Herstel-

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lung der gewünschten Schweissverbindung in Zusammenhang mit der Drahtgeschwindigkeit bestimmt werden kann.

Wie aus der Beschreibung der Vorrichtung nach Fig. h

hervorgeht, erfüllt der integrierende Verstärker k2 mit dem Kondensator k6 eine integrierende Funktion in bezug auf das. Messignal und die Erzeugung des Regelsignals. Die Regelschleife wird nur kurzzeitig während des Auftretens des Abtastimpulses geschlossen. Für eine stabile und nichtschwingende Regelschleife, die ausserdera relativ schnell anspricht, ist es wünschenswert, die erste Regelvorrichtung 28 der Fig. 1 mit einer integrierenden Funktion zu versehe'n, die die Regelgrösse an der Klemme 27 der Fig. k summiert und auf einen maximalen positiven oder negativen Wert begrenzt. Die Praxis des Kurzschliessbogenschweissens zeigt nämlich, dass manchmal durch Störungen ein ausserordentlich, grosser Tropfen gebildet wird, der über die Messung von A und I, zu einem extremen Wert der Regelgrösse am Ausgang 27 Anlass gibt. Da die anderen Regelzeitkonstanten und die Trägheit des vorhandenen Schmelzbades genügend gross sind, bildet eine derartige Summationsfunktion mit Begrenzung, die beim obengenannten Beispiel wirksam wird, in regeltechnischer Hinsicht keinen Nachteil, während auch die Güte der Schweissverbindung nicht beeinträchtigt wird.

Bei einer anderen Ausführungsform der Schweissvorrichtung nach der Erfindung, die aus dem Schaltbild nach Fig. k abgeleitet werden kann, ist die Regelschleife dauernd geschlossen und bildet der integrierende Verstärker 42 mit dem Kondensator k6 einen

Teil des Regelkreises. Zu diesem Zweck genügt es, die Einheit 53t die Schalter 67 und 69 und den Kondensator 7I wegzulassen. Nun wird auf den Mittelwert von Ι,.Τ, über eine viel längere Zeit als die

b b

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Zykluszeit T eingestellt.

Gleichung (i) wird in diesem Falle:

Q = Summation von (l. .T, ) (7)

m ^v bgem b' ^v ' '

und.die Gleichung (2) wird:

Q_r = B,I_r.t (8)

wobei t die Zeit von einem Zeitpunkt 0 her darstellt.
Auf diese Weise wird die Gleichung (6):

Summation (l, .T, ) ^v bgem b^y

bgem

- B.

t _

Aus der Gleichung (9) lässt sich auch schliessen, dass die mittlere Bogenleistung, die durch Summation (i, .T, )/t dargestellt ist, mit als Bezugsgrösse dem Wert B.I geregelt wird.

Die Schaltung nach Fig. h kann auch beim Dauerbogen-

schweissen verwendet werden. Die Impulsreihe 51 kann gesondert erzeugt werden oder gehlen, wodurch der Schalter 6k durchlässig ist und in der Formel (9) T,=t ist.

Zur näheren Erläuterung dienen folgende Formeln:

T
Mittlere B_Og_eni_ex_Stung ρ = — , Summation J E .I .dt (1O)

ο
Mit der Annahme, dass die Bogenspannung E eine Konstante ist, was

mit der Praxis gut übereinstimmt, ist:

P- = E₁ /t. Summation Γ I, . dt (11)

b b Jb

Summation I, .T-

^Pb ^{= E}b* t ^¹²)

Ist nun Tt = T, so gilt:

"P- = E,. I, .T- /T " (13)

b b bgem b' ^v

P. = E, .1, .A- (14)

b b bgem b

Es dürfte einleuchten, dass die Gleichung (6) zu der Gleichung (1^) und die Gleichung (9) zu der Gleichung (12) gehört.

Bei der Beschreibung der Figuren wird angenommen, dass

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der Fachmann genügend mit den verwendeten Einzelteilen und Schaltungen, wie Operationsverstärkern, Multivibratoren, Begrenzungsund Pegeldetektionsmitteln, usw. und ihrer Wirkung vertraut ist, so dass diese nicht näher beschrieben werden.

Es sei noch bemerkt, dass die beschriebenen Schweissvorrichtungen auch enthalten können:

- zusätzliche Steuerungsmittel, die vom Schweisser am Schweissdrahthalter oder mit dem Fuss betätigt werden können und die den SchweissVorgang beeinflussen, um den Ansatz und den Auslauf einer Schweissverbindung zu verbessern,

τ· zusätzliche Steuerungsmittel im Impulserzeuger, die das Starten eines SchweissVorgangs erleichtern, gegebenenfalls in Zusammenarbeit mit

- einer Speicherschaltung, die zehn Minuten lang den letzten Vert der Regelgrösse oder die letzte Einstellung der Regelvorrichtung 28 in Fig. 1 speichert, um das Starten der Herstellung einer Schweissverbindung zu erleichtern, nachdem der Schweissvorgang vom Schweisser unterbrochen wurde, z.B. bei serienmässiger Herstellung gleichartiger Schweissverbindungen mit mehreren Werkstücken.

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE:

1. Schweissvorrichtung mit Drahtzuführung, vorzugsweise zum Kurzschliessbogenschweissen, die eine Schweissenergiequelle, eine Vorrichtung zum Zuführen abschmelzbaren Schweissdrahtes und einen Schweissdrahthalter enthält, der eine mit der Schweissenergiequelle verbundene Anschlussklemme und eine mit dem zu schweissenden Werkstück zu verbindende Anschlussklemme aufweist, wobei während des Schweissvorgange .-.Regelparameter, wie Leerlauf spannung E. der Schweissenergiequelle und Drahtgeschwindigkeit V unterschieden werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Schweissvorrichtung eine Messeinrichtung, die eine die mittlere Bogenleistung P, darstellende Messgrösse erzeugt und eine Vergleichseinrichtung enthält, die die Messgrösse mit einer eingestellten Bezugsgrösse vergleicht und bei Abweichung eine Regelgrösse zur Steuerung einer ersten Regelvorrichtung erzeugt, die einen Regelparameter in kompensierendem Sinne beeinflusst, wobei die Leistung P, nahezu konstant bleibt.

2. Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Vorrichtung zum Zuführen abschmelzbaren Schweissdrahtes eine Motorregelvorrichtung enthält, die als Punktion einer Eingangsgrösse eine Schweissdrahtgeschwindigkeit V einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Motorregelvorrichtung an den Ausgang der ersten Regelvorrichtung angeschlossen ist.

3· Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Schweissenergiequelle eine Steuereinheit für steuerbare Stromschalter, wie Thyristoren, enthält, während eine Eingangsgrösse der Steuereinheit die Leerlaufspannung Ε_β einstellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit an den Ausgang der ersten Regelvorrichtung angeschlossen ist.

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k. Schweissvorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichsschaltung ein integrierender Verstärker ist, dessen Ausgang mittels eines Integrationskondensators mit einem ersten Eingang verbunden ist, dessen zweiter Eingang geerdet ist und dessen Ausgang die Regelgrösse liefert, während der erste Eingang zugleich den Summationspunkt für die Messgrösse und die Bezugsgrösse bildet, wobei die Bezugsgrösse durdh die Lage des Läufers eines Potentiometers, das -mit einem Bezugspotential verbunden ist, und durch den Wert eines zwischen dem Läufer und dem ersten Eingang angebrachten Widerstandes bestimmt wird.

5· Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder k, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Strommessvorrichtung enthält, die mit einem Eingang an den Schweisstromkreis zum Messen des Bogenstroms angeschlossen ist und ein diesem Strom proportionales Steuersignal an seinen Ausgang liefert, so dass die Messgrösse dem mittleren Bogenstrom I, in der Bogenzeit T proportional ist.

6. Schweissvorrichtung nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung mit einem Impulserzeuger versehen ist, der mit' einem Eingang an die Schweisspannung angeschlossen ist und auf die Planken anspricht, die bei dem Zyklus Kurzschluss-Bogen-Kurzschluss zum Erzeugen eines entr sprechenden und repräsentativen'Rechtecksignals auftreten, während weiter eine Zeitmesschaltung vorgesehen ist, die an den Impulserzeuger angeschlossen ist und ein erstes Zeitsignal liefert, das ein Mass für.die Bogenzeit T, ist.
7· Schweissvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass die Zeitmesschaltung ein zweites Zeitsignal liefert, das ein Mass für die Zykluszeit T ist, während diese Schaltung weiter mit einer Teilerschaltung versehen ist, die das zweite Zeitsignal durch das erste Zeitsignal teilt und an seinen Ausgang ein drittes Zeitsignal liefert, so dass die Messgrösse der relativen Bogenzeit A. proportional ist, die gleich ^T _b/T ist. S'. Schweis svo rr ich tung nach den Ansprüchen 5 und 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Multiplizierschaltung enthält, die das genannte Steuersignal und das genannte dritte Zeitsignal empfängt und an seinen Ausgang das Produkt dieser Signale liefert, so dass die Messgrösse zu A, .I, ' proportional ist.

9· - Schweissvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinrichtung eine Stromquellenschaltung enthält, die einen Strom I liefert, während die Zeitmessvorrichtung ein erster Schalter ist, der zwischen.den Ausgängen der Stromquellenschaltung und der Messeinrichtung angebracht und mit einem Steuereingang versehen ist, der an den Impulserzeuger angeschlossen ist, so dass die Messgrösse gleich I .T ist.

10. Schweissvorrichtung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass der Strom I konstant und die Messgrösse nur der

Bogenzeit T, proportional ist.

11. Schweissvorrichtung nach den Ansprüchen 5 und 9» dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersignal die Stromquellenschaltung steuert und die Messgrösse zu I, .T, proportional ist.

12. Schweissvorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, in Verbindung mit Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitmessschaltung zwei monostabile Multivibratoren enthält, von denen ein

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erster nach Triggerung durch eine Flanke des Rechtecksignales, die dem Zustand "Ende Kurzschluss" entspricht, einen Abtastimpuls liefert, während der zweite Multivibrator nach Triggerung durch die Flanke entsprechend "Ende Abtastimpuls" einen Rückstellimpuls liefert, während weiter der Ausgang des integrierenden Verstärkers mittels eines zweiten Schalters mit einem Speicherkondensator verbunden ist, der geerdet ist oder über dem eine Spannung entnommen werden kann, die gleich der Regelgrösse ist, wobei der Integra— tionskondensator mittels eines dritten Schalters kurzgeschlossen werden kann, und wobei weiter ein Steuereingang des zweiten Schalters den Abtastimpuls empfängt und dadurch während der Abtastimpulsdauer für Strom durchlässig ist, während ein Steuereingang des dritten Schalters den Rückstellimpuls empfängt und dadurch während der Rückstellimpulsdauer für Strom durchlässig ist.

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