DE2431702C2

DE2431702C2 - Schweißvorrichtung zum Kurzschluß-Lichtbogenschweißen mit Drahtzuführung und Bogenregelung

Info

Publication number: DE2431702C2
Application number: DE2431702A
Authority: DE
Inventors: Edmond Joannes Jozef de Bierges lez Wavre Keyser
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-07-04
Filing date: 1974-07-02
Publication date: 1985-09-12
Also published as: FR2235753A1; BE817261A; SE406163B; IT1015586B; GB1453901A; NL175973C; DE2431702A1; NL7309296A; FI60822C; SE7408617L; US4000374A; JPS5070249A; FI201574A7; JPS55150B2; BR7405527D0; NO742387L; FR2235753B1; FI60822B; ES427864A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schwelßvorrichtung zum Kurzschlußbogenschwelßen, die eine Schweißenergiequelle mit Leerlaufspannung E₀, 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 die Vorrichtung zum Zuführen abschmelzbaren Schweißdrahtes eine Motorregelvorrichtung enthält, die als Funktion einer Eingangsgröße eine Schweißdrahtgeschwindigkeit V einstellt, und eine Zeitmeßschaltung aufweist, dit ein Signal erzeugt, das ein Maß für die Lichtbogenbrenndauer ist.

Eine derartige Schweißvorrichtung 1st aus der DE-OS 19 46 691 bekannt, In welcher die Schwelßdrahtgeschwlndigkelt mittels einer Motorregelvorrichtung als Funktion des Verhältnisses zwischen Kurzschlußdauer und Zykluszelt geregelt wird. Dazu werden während der Bogenzelt einem Impulsmotor, der als Elektrodenvorschubmotor verwendet wird, Impulse zugeführt. Während der Kurzschlußzeltdauer dreht der Motor

so nicht. Die Aufgabe der bekannten Schwelßvorrichtung 1st, regelmäßige Bogen-Kurzschluß-Zyklen zu bekommen trotz Unregelmäßigkeiten in dem Schweißvorgang, die durch Änderungen In der überstehenden Länge des Schweißdrahtes entstehen, zu kompensieren. Hierbei Ist die überstehende Länge des Schweißdrahtes der Teil zwischen Schweißtropfen und Schweißdrahthalter. Diese Länge beeinflußt wegen seines ohmschen Widerstandes die Schweißenergie und damit Abschmelzgeschwindigkeit, Schweißtropfengröße, Zyklusdauer und die Regelmäßigkeit In dem Schweißvorgang.

Lichtbogen-Schweißvorgänge sind Im allgemeinen selbsteinstellend. Innerhalb bestimmter Grenzen schmilzt der Schweißdraht nach wie vor regelmäßig ab. Wenn z. B. die Schweißenergie zu groß wird, wird In

<>5 erster Linie die Vorerhitzung des Drahtes größer und der Bogen wärmer. Dies ergibt ein schnelleres Abschmelzen des Drahtes. Der Spannungsabfall am Lichtbogen wird größer, und der Strom nimmt ab, so

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IS

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daß die Schweißenergie wieder abnimmt und das schnellere Abschmelzen wieder beseitigt wird. Bei abnehmender Schweißenergie nähert sieh der Draht dem Werkstück wieder, der Spannungsabfall am Lichtbogen verkleinert sich und der Schweißstrom nimmt zu, und die Schweißenergie wird wieder erhöht.

Diese selbsteinstellende Eigenschaft bereitet aber beim Kurzschlußbogenschweißen Schwierigkelten. Änderungen In der Schweißenergie werden auch hler durch die Bogenlelstung neutralisiert und veranlassen Änderungen in dem Abstand zwischen dem Werkstück und dem festen Teil des Schweißdrahtes oder mit anderen Worten: bei konstantem Abstand zwischen Schwelßdrahthaltsr und Werkstück ändert sich die überstehende Länge des Schweißdrahtes. Da jedoch während eines Teiles der Zeit ein Bogen auftritt, stellt sich heraus, daß die Änderung in der Bogenlelstung 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 1st darauf zurückzuführen, daß In größerer Entfernung von dem Werkstück größere Tropfen gebildet werden. Aus obenstehendem geht also hervor, daß die relative Bogenzeit A_h länger wird. Es wird gemessen, daß die Vorerhitzung des Schweißdrahtes nahezu unverändert bleibt. Bei abnehmender Energie wird die überstehende Länge des Schweißdrahtes größer, die Tropfen werden kleiner und die Zykluszelt wird kürzer, während die relative Bojenzelt herabgesetzt wird.

Änderungen des Drahtüberstandes, die Infolge z. B. unwillkürlicher Bewegungen der den Schweißdrahthalter bedienenden Person auftreten, werden auch durch einen selbstregelnden Effekt zwischen der Vorerhitzung des Schweißdrahtes und der mittleren Bogenlelstung neutralisiert.

In der Praxis hat sich jedoch herausgestellt, daß der Schweißer selber sowie die verschiedenen Parameter noch einen derartigen 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 die Energleelnstellung, d. h. die Leerlaufspannung, zu niedrig zu wählen. Häufig treten dann Schweißfehler auf, Indem örtlich die Bogenleistung ungenügend gewesen lsi, um das Werkstück in ausreichendem Maße zu erhitzen und zum Schmelzen zu bringen.

Auch wird die Einstellung niedrig gewählt, um das Schmelzbad In dem Werkstück 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 Änderung des Drahtüberstandes, Änderung des ohmschen Widerstandes In dem Schweißkreis und Änderung der Schwelßdrahtgeschwindlgkelt, 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 Kurzschlußbogenschweißen zum Erhalten einer guten Schweißverbindung von entscheidender Bedeutung ist. Wenn der Mittelwert dieser Leistung zeitlich konstant genauen wird, wird In Verbindung mit dem selbstregelnden

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65 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 1st und eine gute Haftung zwischen Zusatzmaterial und Werkstückmaterial aufweist.

Es 1st Aufgabe der Erfindung, Mittel anzugeben, mit deren Hilfe beim Kurzschlußlichibogenschwelßen die mittlere Bogenleistung nahezu konstant gehalten werden kann, damit die Regelmäßigkeit des Schweißvorganges verbessert und darüber hinaus die Qualität der Schweißverbindung gesteigert werden können.

Dazu 1st eine Schweißvorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelßvorrichtung eine Strommeßvorrichtung enthält, die mit einem Eingang an den Schweißstromkreis angeschlossen 1st zur Bestimmung eines Signals, das ein Maß ist für den mittleren Bogenstrom l_Hem, der während der Lichtbogenbrenndauer T_b fließt, daß eine Multiplizierschaltung vorhanden ist, in der das Signal für den mittleren Bogenstrom T^_1n multipliziert wird mit dem Signal, das ein Maß Ist für die Lichtbogendauer T_b und eine Vergleichseinrichtung, in der das Produktlsgnal, das ein Maß ist für die mittlere Bogenlelstung P_b verglichen wird mit einer eingestellten Bezugsgröße, sowie eine Regelvorrichtung, die eine Regelgröße zur Beeinflussung des mittleren Bogenstromes l_Hm erzeugt.

Zur Verdeutlichung 1st noch erwähnt, daß die mittlere Bogenlelstung die an das Werkstück abzugebende Wärmemenge bestimmt und daß eine Regelung dieser Leistung eine Regelung der Wärmezufuhr zu diesem Werkstück bedeutet. Wenn die vorhandene Wärmemenge zu gering 1st, 1st die Haftung schlecht und liegt das Material des Schweißdrahtes auf dem Werkstück; wenn zuviel Wärme vorhanden Ist, schmilzt das Werkstück in zu großem Maße und werden In dünnem Plattenmaterial Löcher gebildet. Bei einer richtigen Wärmeabgabe gibt es ein richtiges Ausmaß des »Einbrennens«.

Die Schwelßvorrichtung nach der Erfindung bietet den Vorteil einer weiteren Automatisierung des Kurzschlußllchtbogenschwelßvorgangs, wobei auch weniger gut geschulte Schweißer die Geräte einstellen können und eine konstante Schweißgüte erhalten wird.

Wie schon In der bekannten Vorrichtung gezeigt wird, kann auch bei der erflndungsgemäßen Vorrichtung als Regelparameter die Schwelßdrahtgeschwindlgkelt V verwendet werden. Dazu ist die Vorrichtung zum Zuführen des Schweißdrahtes mit einer Motorregeleinrichtung versehen, die an die Regeleinrichtung des Schweißgerätes nach der Erfindung angeschlossen ist. Es 1st dabei vorteilhaft, daß ein besonders einfaches Schweißgerät erhalten wird.

In einer anderen Ausführungsform wird in bezug auf die Leerlaufschweißspannung E₀ geregelt. Dieses Verfahren ergibt ein genauer wirkendes Schweißgerät mit konstanter Abschmelzgeschwindigkeit.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind In der Zeichnung dargestellt und werden Im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

Flg. 1 ein Blockschaltbild einer Schwelßvorrichtung, P.g. 2 ein Blockschaltbild einer Meßeinrichtung,

Flg. 3 einen Integrierenden Verstärker mit Bezugsgröße zur Anwendung In der Schwelßvorrichtung und

Flg.4 ein detailliertes Schaltbild der Meß- und Vergieichseinrichiung.

In Flg. 1 ist schematisch eine Schweißverrichtung

dargestellt. Das die Schweißenergie liefernde Speisenetz wird an die symbolisch dargestellte Klemme 1 angeschlossen. Die Schwetßenerglequelle 2 weist zwei Ausgangsklemmen 4 und S auf, zwischen denen die Schweißspannung und die Leerlaufspannung E₀ gemessen werden können.

Die Schweißenergiequelle 2 1st gegebenenfalls mit einem Eingang 3 versehen, mit dessen Hilfe die Leerlaufspannung E₀ eingestellt werden kann. Vorzugswelse wird in diesem Falle eine von Thyristoren gesteuerte Schweißenergiequelle mit einer Steuereinheit für die Thyristoren verwendet. Schweißenergiequellen, die aus einem zwei- oder mehrphasigen Netzwerk gespeist und gegebenenfalls mit einer Thyristorregelung versehen sind, sind als bekannt zu betrachten. Da diese Quellen is for die Erfindung nicht wesentlich sind, werden sie nicht weiter beschrieben. Einem Schweißdrahthalter 6 wird der Schweißdraht 7 zugeführt, der über eine Führung S 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 4 und 9 und die Verbindungsleitung 14 zwischen der Klemme S der Schweißenergiequelle 2 und dem Werkstück 10 angebracht 1st. Der Schweißstromkreis besteht also aus dem Schweißkabel 13, dem Schweißdrahthalter 6 mit der Führung S, der überstehenden Länge IS des Schweißdrahtes, dem Bogen 11, dem Werkstück 10 und dem Schweißkabel 14. Der Schweißdraht 7 wird über Rollen 16, die über eine Achse 17 angetrieben werden, von einer Haspel 18 zugeführt. Die Achse 17 ist mit einer Motoreinheit 19 verbunden, die von einer Motorregeivorrichtung 20 gesteuert wird, die selbstregelnd sein kann und dem Schweißdraht eine konstante Geschwindigkeit V erteilt, oder die an einem Eingang 21 oder einem Eingang K₁ gesteuert werden kann, so daß die Geschwindigkeit V über einen großen Bereich einstellbar ist. Die bisher beschriebene Schweißvorrichtung vom bekannten Typ 1st nach der Erfindung mit einer Meßeinrichtung 22 versehen, die Eingänge (mit 23 bezeichnet) aufweist, denen Daten zur Bestimmung der mutieren Bogenlelstung des Bogens 11 zugeführt « werden. In Flg. 1 Ist dies symbolisch mit der gestrichelten Linie P_b vom Bogen 11 zu den Eingängen 23 angedeutet. Eine Meßgröße, die die mittlere Bogenlelstung darstellt, wird über eine Verbindungsleitung 24 einer Vergleichseinrichtung 25 zugeführt, die an einem so Eingang 26 e-lne Be?ugsgröße R empfängt.

Bei Abweichung des Wertes der Meßgröße von dem Wert 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 1st, daß geeignete Steuersignale an einer Leitung 29 auftreten, die mit dem Eingang 3 der Schweißenergiequelle 2 verbunden 1st, wenn dieser mit einer Vorrichtung zur Einstellung der Schweißenergie versehen 1st. Diese «> Einstellvorrichtungen sind bekannt und können vom Transduktortyp zur Einstellung der Schweißspannung, des Schweißstroms oder dieser beiden Größen sein oder können z. B. Thyristoren enthalten, mit deren Hilfe der durch die Leerlaufspannung E₀ gebildete Parameter über eine an den Eingang 3 angeschlossene Steuereinheit eingestellt wird. Auch können die Steuersignale der Regelvorrichtung 28 fiber eine Leitung 30 dem Eingang 21 der 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, Schweißspannung, Schweißstrom, 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 Verblndungsleltung 31 der Vergleichsschaltung 25 zugeführt wird, mit der die Eigenschaften derselben oder der Wert der Bezugsgröße R angepaßt werden. Auf diese Weise läßt sich ein Schweißgerät erhalten, dessen Bedienung stark vereinfacht 1st, 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 Kund Ri angegeben Ist.

In Flg. 2 1st ein Teil der Schweißvorrichtung nach Fig. 1 dargestellt, wobei ein Blockschaltbild der Meßeinrichtung 22 ausgearbeitet ist. Eine Strommeßvorrichtung 32 1st mit Klemmen 23a und 236 an den Schweißstromkreis angeschlossen, In dem eine Impedanz 33 niedrigen Wertes aufgenommen 1st. Auf diese Weise läßt sich eine Spannung erhalten, die dem Schweißstrom proportional ist. Die Schweißspannung wird zwei Anschlußpunkten 34 und 35 in den Schweißkabeln 13 und 14 entnommen. Der Anschlußpunkt 34 ist mit dem Eingang 23b und der Anschlußpunkt 35 1st mit dem Eingang 23c verbunden. An die Eingänge 236 und 23c 1st in der Meßeinrichtung 22 eine Einheit 36 angeschlossen, die einen Impulserzeuger enthält, der mit bekannten Begrenzungs- und Spannungspegeldetektionsmitteln versehen 1st. Aus der Schweißspannung, die zwischen einer Kurzschlußspannung In der Größenordnung von z. B. 1 bis 10 V und einer Bogenspannung in der Größenordnung von z. B. 15 bis 35 V variiert, kann ein rechteckiges Signal abgeleitet werden, dessen Flanken mit den Übergängen 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 Lichtbogendauer T_b und die Zykluszelt T sind. Zum Beispiel kann während der Lichtbogendauer T_b ein Schalter geschlossen werden, damit eine Stromquelle einen Kondensator auf eine Spannung auflädt, die die Lichtbogendauer T_b darstellt, und kann von gleichen Mitteln eine Kondensatorspannung abgegeben werden, die die Zeitdauer T darstellt. Indem diese Spannungen einer Teilerschaltung zugeführt werden, wird ein der relativen Bogenzeit A_b proportionales Signal erhalten. Die genannte Rechteckspannung kann über eine Verbindungsleitung 37 der Strommeßvorrichtung 32 zugeführt werden, damit aus dem Schweißstrom der Bogenstrom abgeleitet wird, so daß die Vorrichtung 32 dem Ausgang 38 ein den mittleren Bogenstrom darstellendes Signal für eine Multiplizierschaltung 39 liefert. Über eine Verbindungsleitung 40 liefert die Einheit 36 der Schaltung 39 ein die relative Bogenzeit A_h darstellendes

Signal. Die Multiplizierschaltung 39 liefert dem Ausgang 41 ein Signal, das die Meßgröße darstellt und gleich dem Produkt von l_bgem, über die Lichtbogendauer T_b ausgemittelt, und A_b Ist.

Fig. 3 zeigt eine bekannte integrierende Schaltung, die in der Schweißvorrichtung als Vergleichsschaltung 25 verwendet werden kann. Ein Verstärker 42, der z. B. ein Operationsverstärker sein kann, liefert dem Ausgang 43 die Regelgröße In Form einer Spannung in bezug auf Erde. Der Eingang 45 ist mit Erde und der Eingang 44 Ist mit dem Ausgang 43 über den Integrationskondensator 46 verbunden. Der Eingang 44 bildet den Summatlonspunkt für einen Meßstrom und einen Bezugsstrom, wobei dieser Bezugsstrom durch einen Widerstand 47 und durch die Spannung am Läufer 48 eines Potentiometers 49 bestimmt wird. Das Potentiometer wird von einer konstanten Bezugsspannung E_r gespeist. Die Regelgröße wird Null sein, wenn der Bezugsstrom zu der Eingangsklemme 24 abfließt, was bedeutet, daß die Meßgröße zu diesem Zeltpunkt einen Stromwert gleich dem gewünschten Einstell- oder Bezugswert hat. Ein Vorteil dieser Vergleichsschaltung 1st der, daß durch die Integrierende Funktion bestimmte Glättungs- und Filterelemente in dem Regelkreis wegfallen können.

Eine günstige Anwendung des Integrators nach Flg. 3 zeigt das Schaltbild nach Flg. 4 in dem verschiedene Funktionen der Einheiten 32, 36 und 39 der Flg. 2 kombiniert sind. Der Impulserzeuger 50, der die Schweißspannung an den Eingangsklemmen 236 und 23c von den Anschlußpunkten 34 und 35 in den Schweißkabeln 13 und 14 empfängt, liefert das Rechtecksignai 51 an die Ausgangsklemme 52 für eine Einheit 53, die zwei miteinander gekoppelte monostabile Multivibratoren enthält. An der Flanke 56 des Rechtecksignales 51, die dem Zustand »Ende Kurzschluß» entspricht, wird der erste Multivibrator gestartet und liefert an einen Ausgang 55 einen kurzen Abtastimpuls 57. Das Ende dieses Impulses weist eine Flanke auf, die den zweiten Multivibrator trlggert, wodurch dieser an einen Ausgang 54 einen Rückstellimpuls 58 liefert.

Die Strommeßvorrichtung 32 Ist mit einem Pufferund Meßverstärker 59 versehen, der mit seinen Eingangsklemmen an die Eingangsklemmen 23a und 23b angeschlossen 1st und die Spannung über dem Widerstand 33 empfängt, durch den der Schweißstrom fließt. An der Ausgangsklemme 60 des Verstärkers 59 tritt eine Spannung auf, die für den Schweißstrom repräsentativ ist.

Am Ausgang 60 1st ein Potentiometer 61 mit einem Läufer 62 angebracht, das über einen Widerstand 65 mit einem Anschlußpunkt 63 eines Schalters 64 verbunden ist. Das andere Ende des Schalters 64 1st mit dem Eingang 24 der Vergleichsschaltung 25 zur Lieferung der Meßgröße verbunden. Ein Steuereingang 66 des Schalters 64 ist mit dem Ausgang 52 des Impulserzeugers 50 verbunden. Dadurch ist der Schalter während einer Zeit, die der Lichtbogendauer T_b entspricht, für Strom durchlässig und wird dem Summatlonspunkt des Eingangs 44 ein Strom geliefert, der den Bogenstrom darstellt. Wenn die Ladung Q_1n, die dem Eingang 24 geliefert wird, betrachtet wird, läßt sich sagen, daß das Potentiometer 61 und der Widerstand 65 mit dem Schalter 64 eine Multiplizierschaltung bilden, weil

Qn

■/

h ■ dt = JL·

(1)

wobei l_b den augenblicklichen und I_hgem den mittleren Bogenstrom darstellen.

Der Integrationskondensator 46 kann von einem Schalter 67 mit Steuereingang 68 kurzgeschlossen werden, der an den Ausgang 54 kurzzeitig für Strom durchlässig ist, so daß die Ladung des Kondensators 46 Null wird.

Der Ausgang 43 des Verstärkers 42 ist über einen Schalter 69 mit Steuereingang 70 mit einem Speicherkondensator 71 verbunden, der geerdet 1st und dem Ausgang 27 eine Spannung liefert, die die Regelgröße darstellt. Der Steuereingang 70 1st 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 Zykluszelt T. Dadurch, daß der Impuls 57 zuerst auftritt, wird die Spannung am Ausgang 43 jeweils nach der Zeitdauer T an den Speicherkondensator 71 weitergeieitet, der diese Information also in der folgenden Zykluszelt 7", die einen anderen Wert haben kann, speichert. Sofort nach dem Impuls 57 stellt der Impuls 58 den Integrator 42-46 auf Null zurück und 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_b und der Lichtbogendauer T_b zu der Zykulszeit T in Beziehung setzt.

In der Zykluszeit T liefert die Bezugsquelle, die aus der konstanten Spannungsquelle E_n dem Potentiometer 49 mit Teilverhältnis B und dem Widerstand 47 besteht, dem Summatlonspunkt des Eingang 44 eine Ladung Q_r Der Widerstand 47 hat einen Wert A₄₇, so daß höchstens ein Bezugsstrom I_r gleich £,/Λ₄₇ geliefert werden kann. Es gilt, daß:

Qr=B- Ir- T

(2)

Wenn weiter angenommen wird, daß die Spannung E₁. positiv und die Spannung am Ausgang 60 negativ ist, ist die Spannung K₄₃ am Ausgang 43 gleich der Spannung K₄₆ über dem Kondensator 46, wofür gilt, daß:

K₄₃ = K₄₆ =

(3)

wobei C₄₆ der Kapazitätswert des Kondensators 46 und Qu die Ladung dieses Kondensators ist.
Weiter ist nun:

Ö6 = Qn-Qr

so daß:

F₄₃ =
oder:

t-B- Ir- T

Qi

(4)

(5)

(6)

Aus der Gleichung (6) läßt sich schließen, daß die Kondensatorspannung K₇₁, die die Regelgroße bildet,

gleich Null 1st, wenn die mittlere Gegenleistung, die durch A_b I_Hem dargestellt 1st, gleich Bl₁. Ist. Es leuchtet ein, daß durch die Wahl von B diese Leistung einstellbar ist und von dem Schweißer zur Herstellung der , gewünschten Schweißverbindung Im Zusammenhang mit der Drahtgeschwindigkeit bestimmt werden kann.

Wie aus der Beschreibung der Vorrichtung nach FI g. 4 hervorgeht, erfüllt der Integrierende Verstärker 42 mit dem Kondensator 46 eine Integrierende Funktion in bezug auf das Meßsignal und die Erzeugung des Regelsignals. Die Regelschleife wird nur kurzzeitig während des Auftretens des Abtastimpulses geschlossen. Für eine stabile und nlchtschwlngende Regelschleife, die außerdem relativ schnell anspricht, ist es wünschenswert, die erste Regelvorrichtung 2Ϊ der Flg. 1 mit einer integrierenden Funktion zu versehen, die die Regelgröße an der Klemme 27 der Flg. 4 summiert und auf einen maximalen positiven oder negativen Wert begrenzt. Die Praxis des Kurzschlußbogenschwelßens zeigt nämlich, daß manchmal durch Störungen ein außerordentlich großer Tropfen gebildet wird, der über die Messung von A_b und l_b zu einem extremen Wert der Regelgröße am Ausgang 27 Anlaß gibt. Da die anderen Regelzeltkonstanten und die Trägheit des vorhandenen Schmelzbades genügend groß sind, bildet eine derartige Summatlonsfunktion 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 Flg. 4 abgeleitet werden kann, ist die Regeischleife dauernd geschlossen und bildet der Integrierende Verstärker 42 mit dem Kondensator 46 einen Teil des Regelkreises. Zu diesem Zweck genügt es, die Einheit S3, die Schalter 67 und 69 und den Kondensator 71 wegzulassen. Nun wird auf den Mittelwert von l_b T_b über eine viel längere Zelt als die Zykluszelt T eingestellt. *o

Gleichung (1) wird in diesem Falle:

Qm = (Vn · T_b) (J)

und die Gleichung (2) wird:

Qr = B IX (8)

wobei / die Zeit von einem Zeltpunkt 0 her darstellt.
Auf diese Welse wird die Gleichung (6):

_Vn ,, ₍₉₎

U6 t .

Aus der Gleichung (9) läßt sich auch schließen, daß die mittlere Bogenleistung, die durch Σ (Z₄^_n, ·
dargestellt ist, über B /, geregelt wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen «>

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Claims

Patentansprüche:

1. Schwelßvorrichtung zum Kurzschluß-LlchtbogenschwelBen, die eine Schweißenergiequelle mit Leerlaufspannung (£Ό), 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 die Vorrichtung zum Zuführen abschmelzbaren Schweißdrahtes eine Motorregelvorrichtung enthält, die als Funktion einer Eingangsgröße eine Schweißdrahtgeschwindigkeit (V) einstellt, und eine Zeltmeßschaltung aufweist, die ein Signal erzeugt, das ein Maß fur die Lichtbogenbrenndauer 1st, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelßvorrichiung eine Strommeßvorrichtung (32) enthält, die mit einem Eingang (23a, 23b) an den Schweißstromkreis (13, 14, 33) angeschlossen 1st zur Bestimmung eines Signais, das ein Maß 1st für den mittleren Bogenstrom (/fcjj, der während der Lichtbogenbrenndauer (T„) fließt,

daß eine Multiplizierschaltung (39), in der das Signal für den mittleren Bogenstrom (/^,J multipliziert wird mit dem Signal, das ein Maß 1st für die Lichtbogenbrenndauer (T_b), und eine Vergleichseinrichtung (25), in der das Produktsignal, das ein Maß 1st für die mittlere Bogenieistung (P₆), verglichen wird mit einer eingestellten Bezugsgröße (26), sowie eine Regelvorrichtung (2S), die eine Regelgröße erzeugt zur Beeinflussung des mittleren Bogenstromes (I_HeJ vorhanden sind.

2. Schwelßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißenergiequelle (2) eine Steuereinheit für die Einstellung der Leerlaufspannung (£o) enthalt, welche Steuereinheit an den Ausgang (29) der Regelvorrichtung (21) angeschlossen 1st.

3. Schwelßvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichseinrichtung (25) ein Integrierender Verstärker (42, 46) 1st, dessen Ausgang (43) mittels eines Integrationskondensators (46) mit einem ersten Eingang (44) verbunden 1st, dessen zweiter Eingang (45) geerdet Ist und dessen Ausgang die Regelgröße liefert, während der erste Eingang (44) zugleich den Summattonspunkt für das Produktsignal und die Bezugsgröße (26) bildet, wobei die Bezugsgröße (26) durch die Lage des Läufers (48) eines Potentiometers (49), das mit einem Bezugspotenttal (E) verbunden 1st, und durch den Wert eines zwischen dem Läufer (48) und dem ersten Eingang (44) angebrachten Widerstandes (47) bestimmt wird.

4. Schwelßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßschaltung (36) ein Zeltsignal liefert, das ein Maß für die Zykluszeit (T) 1st, und mit einer Tellerschaltung versehen 1st, die das erste Signal, das ein Maß für die Lichtbogenbrenndauer (T_b) 1st, durch das Zeltsignal, das ein Maß für die Zykluszelt Ist, teilt und an seinen Ausgang (40) ein weiteres Zeltsignal liefert, das der relativen Lichtbogenbrenndauer (A₁) proportional Ist, die gleich T_bIT Ist, welches weitere Zeltsignal dem einen Eingang der Multiplizierschaltung (39) zugeführt wird, so daß das Produktsignal zu A_h· l_Hem proportional ist.

5. Schwelßvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitmeßschaltung (36) zwei monostabile Multivlbratoren (53) enthält, von denen ein erster nach Triggerung durch eine Flanke des s Rechtecksignales, die dem Zustand »Ende Kurzschluß« entspricht, einen Abtastimpuls (57) liefert, während der zweite Multivibrator nach Triggerung durch die Flanke entsprechend »Ende Abtastimpuls« einen Rückstellimpuls (5t) liefert, während welter ίο der Ausgang (43) des integrierenden Verstärkers (42, 46) mittels eines zweiten Schalters (69) mit einem Speicherkondensator (71) verbunden 1st, der geerdet 1st und Ober dem eine Spannung entnommen werden kann, die gleich der Regelgröße ist, wobei der Intels grationskondensator (46) mittels eines dritten Schalters (67) kurzgeschlossen werden kann, und wobei welter ein Steuereingang (70) des zweiten Schalters (69) den Abtastimpuls (57) empfängt und dadurch während der Abtastimpulsdauer für Strom durchlässe slg 1st, während ein Steuereingang (68) des dritten Schalters (67) den Rückstellimpuls (58) empfängt und dadurch während der Rückstellimpulsdauer für Strom durchlässig ist.