DE2455581A1

DE2455581A1 - Schaltanordnung fuer eine gleichstromlichtbogen-leistungsversorgung, insbesondere zum schweissen

Info

Publication number: DE2455581A1
Application number: DE19742455581
Authority: DE
Inventors: Gary A Bogard; Henry B Delius; Gwyn Norman Grump
Original assignee: Air Products and Chemicals Inc
Current assignee: Air Products and Chemicals Inc
Priority date: 1974-03-20
Filing date: 1974-11-23
Publication date: 1975-09-25
Also published as: BE826021A; FR2264619A1; AU7511874A; CH588914A5; JPS50125948A; IT1024399B; SE432899B; DE2455581B2; NL7416089A; US3912980A; CA1027641A; SE7414041L; SE8004726L; FR2264619B1; DE2455581C3; GB1470067A

Description

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PATENTANWÄLTE BANKKONTEN:

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.... POSTSCHECKKONTO; NÜRNBERG 47031

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Nürnberg, 22.

120/53

Air Products and Chemicals, Inc., Allentown, Pennsylvania

(USA)

"Schaltanordnung für eine Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung, insbesondere zum Schweißen"

Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung für eine Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung, insbesondere zum Schwei' ßen, bei der zu Betriebsbeginn ein Start-Gleichstrom über eine hinreichend lange Zeitspanne zum Aufbau des Lichtbogens zwischen einem Elektroden-Paar abgegeben wird.

Gleichstrom^Leistungsversorgungen, mit denen zum Schweißen ein Lichtbogen zwischen einem Elektroden-Paar aufgebaut und aufrechterhalten wird, sind bekannt. In ihnen wird Netzspannung mittels eines Transformators auf eine niedrigere Spannung umgesetzt und dann diese gleichgerichtet, um die gewünschte Gleichspannung und den erforderlichen Ausgangsstrom zu erzielen. Bei einer solchen Leistungsversorgung zum Lichtbogenschweißen werden gesteuerte Siliziumgleichrichter angewandt, und sie weist eine sowohl auf Stromrückführung als auch auf Spannungsrückführung basierende Regelung auf. '

Eine solche Schaltanordnung zur LeistungsVersorgung für das Lichtbogensehweißen arbeitet an sich schon zufriedenstellend; für den praktischen Einsatz sind aber bestimmte weitere Verbesserungen wünschenswert, zumal im

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Hinblick auf elektrische Stör- und sonstige Umgebungseinflüsse, die werkstattbedingt bei der Anwendung der Schweißstrom-Leistungsversorgung auftreten können. Zu solchen Störeinflüssen gehören durch elektrische. Schaltvorgänge ausgelöste Überspannungs-Wanderwellen, ausgelöst etwa durch Betätigung von Schaltschützen, Spulen oder Schaltantrieben, Lichtbögen oder andersartige Wanderwellen großer Amplitude, etwa von Impulsvorrichtungen zum Lichtbogenzünden, Funkenstrecken zum Abstrahlen von Hochfrequenzenergie und von anderen Vorrichtungen, die derartige Störungen hervorrufen Solche Störungen haben auf die Punktion der■Leistungsversorgung für das Schweißen eine abträgliche Wirkung.

Ferner ist es bekannt, bei Lichtbogen-Schweißgeräten, die gesteuerte Siliziumgleichrichter aufweisen, Schutzvorrichtungen wie Sicherungen oder Trennschalter (Überstromauslöser) anzuwenden, um die Gleichrichter vor außergewöhnlich hohen Strömen zu schützen, die bei Inbetriebnahme oder aufgrund einer Fehlfunktion auftreten können. Solche Sicherungen oder Trennschalter sind aber relativ teuer und insoweit unpraktisch, als sie beispielsweise bei Auftreten nur kurzzeitiger Überbeanspruchung durch Stoßwellen, die schon genügen, die Gleichrichter zu zerstören, ohne auszureichen, die Sicherung durchzuschlagen oder den Trennschalter zu öffnen, noch nicht reagieren. Solche Fehlfunktion tritt insbesondere beim Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW oder MIG genannt) auf, wenn zu Betriebsbeginn besonders viel Schweißmaterial geschmolzen werden muß und dafür ein besonders starker Strom fließt.

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Normalerweise tritt aber nur ein mäßiger Stromstoß unter Betriebsbedingung auf, der auch von der Leistungsversorgung geliefert werden kann. Denn da die. Zeitdauer des Anstehens eines solchen nur mäßigen Stromstoßes kurz istj. ist er für die Gleichrichter nicht schädlich. Es wurde herausgefunden, daß aber ein Problem kritischer Überlastung auftritt, weü die Schutzwirkung von Sicherungen oder Trennschaltern eine Charakteristik aufweist,, die nicht der Charakteristik der Gleichrichter angepaßt ist.Deshalb.bieten die Sicherungen und Trennschalter nicht in allen möglichen Schadensfällen einen Schutz, die Stromdurchschläge im Gleichrichter hervorrufen können.

Auch dann, wenn die Sicherung durchbrennen bzw. ein Überstromschalter oder ein Relais öffnen würde, müßte die Sicherung ersetzt werden bzw. der Schalter zurückgeschaltet werden, nachdem kostenverursachende und unnötige Stillstandszeit verstrichen ist. Wenn nicht Maßnahmen zum Erfassen des Durchbrennens jeder einzelnen Sicherung vorgesehen sind, kann das Durchbrennen einer Sicherung auch die Schweißqualität gefährden.

Auch andere Maßnahmen zum Begrenzen von kurzzeitigen Überströmen wurden, schon benutzt, so der Einsatz einer Drosselspule oder eines Widerstandes in Serie mit den gesteuerten Siliziumgleichrichtern. Jedoch wäre eine, vollständige Sicherung nach diesen Lösungsverschlägen nicht nur bezüglich der Kosten der Bauteile, sondern auch bezüglich Raumbedarfes, Arbeitsqualität des Schweißers und Leistungsverlusten kostspielig. Darüberhinaus wären trotz dieser Drosselspule oder dieser

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Widerstände weitere Maßnahmen zu treffen, um mäßige Überlastungen zu begrenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltanordnung für eine Lichtbogen-Leistungsversorgung der eingangs genannten Art zu schaffen, die keine derartige aufwendigen bzw. nachteiligen Maßnahmen im Hinblick auf die vielfältigen möglichen Überlast-Beanspruchungen erfordert und einen guten Wirkungsgrad auch bei Anwendung für unterschiedliche Schweißverfahren liefert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch Leistungsschaltungen ..zur Abgabe des Gleichstromes an die Elektroden,durch ein Sollwertstellglied zur Abgabe eines Sollwertes für den Gleichstrom, durch Wandler zum Erfassen des Gleichstromes und zum Abgeben eines Strom-Rückführsignales,, durch Wandler zum Erfassen der Spannung zwischen den Elektroden und zum Abgeben eines Spannungs-Rückführsignales, durch eine Regelschaltung, die den Leistungsschaltungen vorgeschaltet ist und in der das Sollwertsignal, das Strom-Rückführsignal und das Spannungs-Rückführsignal aufsummiert, werden, um ein Steuersignal zum Einstellen der Strom-Spannungs-Charakteristik des Gleichstromes an die Leistungsschaltungen abzugeben, durch einen Start-Bezugwertgeber zum Erzeugen eines Start-Sollwertsignales und durch einen Startschaltkreis zum Vergleichen des Strom-Rückführsignales mit dem Start-Sollwertsignal zwecks Beeinflussung des Steuersignales zu Betriebsbeginn für einen Gleichstrom, der von demjenigen entsprechend dem Strom-Sollwert abweicht, wobei die Startschaltung eine Zeitverzögerungsschaltung zum Umschalten des Gleich-

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stromes auf den vorgegebenen Wert enthält, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne nach Anstieg des Strom-Rückführsignales auf einen vorgegebenen Wert bezüglich des Start-Sollwertsignales abgelaufen ist.

Es wird also ein Sollwertsignal vorgegeben, das den gewünschten Wert des Schweiß-Gleichstromes repräsentiert. Der Lichtbogen-Strom wird abgefragt und in ein Strom-Rückführsignal umgesetzt, von dem ein Anteil abgreifbar ist. Zusätzlich wird die Spannung über den Elektroden abgefragt, um ein Spannungs-Rückführsignal zu liefern, von dem ein Anteil abgreifbar ist. Im Regler werden das eingestellte Referenz- oder Sollwertsignal und die abgegriffenen Anteile des Strom-Rückführsignales und des Spannungs-Rückführsignales zu einem resultierenden Steuersignal für eine Leistungsstufe aufsummiert, um die Neigung der Strom-Spannungs-Kennlinie der Leistungsversorgung zu beeinflussen. Eine Überstromschaltung vergleicht das Strom-Rückführsignal mit einem Schutz-Referenzsignal, um die Leistungsstufe abzuschalten, wenn über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg das Strom-Rückführsignal das Schutz-Referenzsignal überschreitet. Auf diese Weise ist die Schaltungsanordnung zur LichtbogenTLeistungsversorgung gegen kritische Überströme geschützt. .

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung ist darüber hinaus ein Startschaltkreis vorgesehen, um die einstellbare Ausgangsleistung der gesteuerten Siliziumgleichrichter für eine vorwählbare,Zeitspanne fest vorzugeben, ehe die Rückführschaltungen wirksam werden. Auf diese Weise wird mittels des Startschaltkreises

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die Zeit überbrückt, die nötig ist, damit die Schweiße (Schweiß-Puddel) stabil genug wird, um wie gewünscht auf die Regelung zu reagieren.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus nachstehender Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Es zeigt:

Fig.l ein Blockschaltbild für eine Schaltanordnung zur Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung nach der Erfindung;

Pig. 2 und Fig. 2a detaillierte Blockschaltbilder zur Realisierung einer Schaltung nach Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Lichtbogen-Leistungsversorgung 10 unter Benutzung der Erfindung im Blockschaltbild, bei der eine dreiphasige Leistungsquelle 11 einen Mehrphasen-Schweißtransformator 12 speist. Der Schweißtransformator 12 liefert einen Wechselstrom an den Eingang einer mehrphasigen Gleichrichteranordnung Die Gleichrichteranordnung 14 weist ein Paar Ausgangsleitungen 15 und 16 auf, von denen die Ausgangs-Leitung 16 in Fig. 1 die Lastleitung mit negativer Polarität und die Ausgangs-Leitung 15 die Lastleitung mit positiver Polarität ist.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 für eine Lichtbogen-Leistungsversorgung 10 ist die negative Ausgangs-Leitung 16 normalerweise an eine Elektrode 20 angeschlossen*während die Ausgangs-Ldfcung 15 normalerweise über einen Nebenschluß-Meßwiderstand (Shunt) 22 an ein Werkstück 23 angeschlossen ist. Elektrode 20 und Werkstück 2j5 bilden ein Elektroden-Paar.

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Wenn die LeistungsVersorgung .10 an die.'Leistungsquelle 11 angeschlossen wird,dann wird ein Lichtbogen 26 zwischen der Elektrode 20 und dem Werkstück 23 hervorgerufen und aufrechterhalten. Das Werkstück 2> ist unmittelbar auf Masse gelegt, wie es in Fig. 1-durch das..'Symbol für "Erdung" dargestellt ist. Die anderen Teile der Schaltung (siehe Fig. 2 und 2a) sind an die gemeinsame Masseleitung der Sehalteinrichtung angeschlossen, die in Fig. 2 und in Fig. 2a durch das normalerweise für "Masseanschluß" benutzte Sysmbol dargestellt ist.Die oben erwähnten Anschlüsse der Leitungen und 16 sind sowohl für manuelles als auch für automatisch ablaufendes. Schweißen nach dem Schutzgas-Wolfram-Lichtbogen-Schweißverfahren auch("GTAW" oder"TIG"-Verfahren genannt) geeignet, sowie für bestimmte Anwendungsfalle des verdeckten Schutzgae-Metall-Lichtbogenschweißens (je nach dem. jeweils benutzten Typ der ummantelten Elektrode 20). Für die übrigen.Arten des verdeckten Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißens sowie für Schweißen mit kurzem Lichtbogen und für. Sprühübertragungsschweißen des Schutzgas-Metall-LichtbogensGhweißverfahrens wird die Leitung 15 normalerweise an die' Elektrode 20, die Leitung 16 normaler-weise an das Werkstück 2]5 angeschlossen.

Für gutes Lichtbogenschweißen von Hand nach dem . GTAW-Verfahren (TIG) wird die Strom-Spannungs-Charakteristik der Leistungsversorgung 10 normalerweise so eingestellt, daß eine gewünschte lineare Kennlinie möglichst eine ideale Konstantleistungs-Kennlinie tangiert. Wenn die Strom-Spannungs-

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Charakteristik der Leistungsversorgung 10 so eingestellt ist, dann wird ein automatischer Ausgleich von Schwankungen aufgrund Abstandsänderungen der Elektrode 20 zum Werkstück 23 erreicht.

Beim automatischen Betrieb des Gas-Wolfram-Lichtbogenschweißverfahrens ist im allgemeinen eine echte Konstant-Strom-Charakteristik der Strom-Spannungs-Kennlinie erwünscht. Beim automatischen Betrieb wird die Lichtbogenspannung normalerweise konstant gehalten, nämlich mittels besonderer Nachführvorrichtungen oder mittels eines zusätzlichen automatischen Lichtbogenspannungs-Steuergerätes, das die Elektrode 26 steuert, wie es z. B. im US-Patent 2 516 777 für ein Steuergerät für automatische Schweißköpfe beschrieben ist.

Beim Sprühübertragungsbetrieb des Gas-Metall-Llchtbogenschweißverfahrens (GMAW-MIG-) wird die Strom-Spannungs-Charakteristik der Leistungsversorgung 10 normalerweise entweder auf eine echte Konstantspannungskennlinie eingestellt, oder auf eine Charakteristik mit leicht' abfallender Kennlinie. Beim Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißen mit kurzem Lichtbogen des GMAW-Verfahrens wird die Strom-SpannungsrCharakteristik der Leistungsversorgung 10 normalerweise auf eine Kennlinie mit stärk^er abfallender Kennlinie eingestellt; als beim Sprühübertragungsverfahren. Andererseits wird beim Metall-Lichtbogen-Schweißen unter Schutzgas die Strom-Spannungs-Charakteristik zumeist ebenso eingestellt, wie beim Handbetrieb des GTAW (TIG)-Verfahrens bei Schweißen außerhalb der Position, und auf echten konstanter>6trom für Schweißen in Wannenlage.

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Die Vorgabe derartiger spezieller Charakteristiken ist in der deutschen Patentanmeldung P 24 53 275.0 beschrieben.

Die Lichtbogen-Leistungsversorgung 10, die als Blockschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist, weist ein Sollwertstellglied 4o auf, dessen Einstellung noch be-· schrieben wird und das an einen Summiereingang 42a eines Summier- und Filter-Verstärkers 42 angeschlossen ist. Ein Summiereingang 42c des Verstärkers 42 ist an eine Strom-Rückführschaltung 45 angeschlossen, während ein dritter Summiereingang 42b des Verstärkers 42 von einer Spannungs-Rückführschaltung 46 gespeist wird. Auf diese Weise reagiert der Verstärker auf die Summe aus Sollwertsignal, einem einstellbaren Anteil des Strom-RückfUhrsignales und einem einstellbaren Anteil des Spannungs-Rückführsignales, er dient also als Regler.

Ein vierter Summiereingang 42d des Verstärkers 42 ist über einen Schalter 252 (siehe Fig. 2) an einen Impulsgenerator 250 angeschlossen. Für die momentane ' Schaltungsbeschreibung sei unterstellt, daß der Schalter 252 geöffnet ist. Die Funktion des Impulsgenerators250 wird weiter unten noch im einzelnen beschrieben.

Die Strom-Rückfuhrschaltung 45 erhält ihr Strom-Istwert- oder Eingangs-Signal von einem Stromwandler oder Shunt 22, der ein Signal liefert, das dem Strom durch die Ausgangs-Leitung 15 und damit dem Lichtbogenstrom proportional ist. Belastungswiderstände 17 sind zwischen die Leitungen 15 und 16 geschaltet, und die Spannungs-

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Rückführschaltung 46 ist den Belastungswiderständen IJ parallel geschaltet, um ein Signal zu liefern, das proportional der Spannung: über dem Lichtbogen 26 ist.

Die Rückführschaltungen 45 und 46 enthalten Potentiometer, die über eine mechanische Gleichlaufkoppelung 47 zusammenwirken. Die Potentiometer sind so miteinander zusammengekoppelt, daß bei Einstellen zum einen ,Endanschlag (z.B. im Uhrzagersinne) das Spannungs-Rückfuhrsignal auf der Spannungs-Rückführleitung 44 den Wert Null, gleichzeitig das Strom-Rückführsignal auf der Strom-Rückführleitung 4^ maximalen Wert aufweist. Polglich wird am Ausgang 50 des Verstärkers 42 eine Signalspannung abgegeben, die proportional der Einstellung des Sollwertstellgliedes 40 ist, das im Falle dieser Einstellung den gewünschten Strom-Sollwert vorgibt.

Wenn andererseits die Gleichlaufkopplung 47 zum entgegengesetzten Anschlag verdreht ist (im genannten Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn), dann ist das Strom-Rückführsignal auf der Strom-Rückführleitung 47 unterdrückt, während das Spannungs-Rückführsignal auf der Spannungs-Rückführleitung 44 maximal wirksam wird. Polglich liefert der Ausgang des· Verstärkers 42 eine Signalspannung, die proportional der Einstellung des Sollwertstellgliedes 40 ist, <3as jetzt einen Spannungs-Sollwert vorgibt.

Pur Zwischeneinstellungen der Gleichlaufkopplung 47 liefert der Ausgang 50 ein modifiziertes Signal, das proportional dem jeweiligen Sollwertsignal für eine geeignete Kennlinie ist, die durbh die gleichzeitig wirksamen Strom- und Spannungs-Rückführsignale hervorgerufen wird.

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Der Verstärker. 42 bewirkt ..ferner eine Tiefpassfilterung um die ansonsten hohen Schwankungsanteile in der Stromrückführung, die auf den Summiereingang 42c führt, und in der .Spannungsrückführung, die- auf den Summiereingang 42b führtj zu glätten. .-.·.-.·

Der Ausgang des-Verstärkers 42 wird auf einen Verstärker 52 gegeben-, .der sowohl integrierendes, als auch proportionales Übertragungsverhalten in der Leistungsversorgung 10 insgesamt- hervorruft. Da⁷. Ausgang des Verstärkers 52 führt über eine .Überstromschutzschaltung 200 und steuert die Zündschaltung einer Zündeinheit 55.· Die Zündeinheit 55 liefert in geeignetem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende -Zündimpulse an eine Serie im Impulsbetrieb angesteuerter- Siliziumgleichrichter (z.B. Thyristoren) im Gleichrichtersatz 14. Die Überstromschutzschaltung 200 schützt-die gesteuerten Siliziumgleichrichter vor zu großen kurzzeitigen Stoßwellen oder Ausgangsströmen. Insbesondere wird die Leistungsstufe mit den gesteuerten Siliziumgleichrichtern nach einer SicherheitsverzOgerung abgeschaltet, wenn ein lang andauernder mäßiger Ausgangsstrom hervorgerufen wird.. Die Überstromschutz schaltung 200 dient auch dazu, die Stufe.mit den gesteuerten Siliziumgleichrichtern innerhalb sehr .kurzer Zeit, abzuschalten, wenn der Anstieg des AusgangsstrOmes zu steil wird.

Somit wird also durch Einschalten der Überstromsehutzschaltung 200 die Leistungsversorgung 10 in die Lage versetzt, ihre.normale Funktion zu erfüllen, insbesondere beim GMAW-Schweißverfahren, nämlich das Schweißmetall zu schmelzen, ohne außergewöhnlich -umfangreiche

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Schaltungsteile zu benutzen oder eine große Anzahl an Schutzschaltungsfunktionen vorzusehen. Die Überstromschutzschaltung 200 wirkt als Schutz der Gleichrichter nicht nur bei lang andauernden Überströmen, sondern auch bei kurzzeitigen außergewöhnlich großen Strom-Stoßwellen. Dieses wird mit der Übeniromschutzschaltung 200 sichergestellt, da sie auf die Arbeitscharakteristik des besonderen gerade benutzten Gleichrichtersatzes 14 eingestellt werden kann. Folglich liefert die Überstromschutzschaltung 200 einen besseren Schutz, als Sicherungen oder Trennschalter, wobei sie rasch wieder in Betriebsstellung rüekgeschaltet werden kann, ohne kostspielige Totzeiten oder Bauelement eer satz zu erfordern.

Die Zündeinheit 55 ist dafür ausgelegt, in geeigneter Zeitfolge Impulse an die Anordnung der impulsgesteuerten Siliziumgleichrichter im GIeL chrichtersatz zu liefern. Mit dieser geeigneten Phasenansteuerung des Gleichrichter-satzes 14 werden die gewünschten Spannungs- und Strom-Kennlinien an den Ausgangs-Leitungen 15 und 16 und damit für den Lichtbogen 26 eingestellt und aufrechterhalten.

Um die Inbetriebnahme der Leistungsversorgung 10 zu unterstützen, istein Startschaltkreis 5j5 vorgesehen, der bei Beginn des Arbeitsbetriebes eine gesteuerte Lichtbogen-Energie zur Verfügung stellt, um den Lichtbogen 26 leichter erzeugen zu können. Diese Startbedingung ist einstellbar, um genügend Zeit für das Ausbilden des Lichtbogens zur Verfügung zu stellen, wofür eine Steuercharakteristik vorgesehen ist, die dem Typ des anzuwendenden Schweißverfahrens angepaßt

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ist. Es versteht sich, daß der Lichtbogen selbst von wesentlichem Einfluß auf die zuverlässige Wirkungsweise sein kann, insbesondere zu Beginn des Betriebes. Der Typ des benutzten Schutzgases, das Schweißverfahren, das angewandt wird, und die Art bzw. das Vorliegen geschmolzenen Schweißmaterial-Puddels bewirken alle einen schwankenden und schnell sich ändernden Satz an Steuerkriterien. Deshalb ist die Einstellbarkeit der Einschaltbedingung von besonderer Bedeutung, wenn umgeschaltet werden soll vom GMAW (MIG)-Verfahren unter Verwendung von Argon als Schutzgas auf das GTAW (TIG-)Verfahren, das als Schutzgas Helium verwendet.

Die Leistungsversorgung· 10 ist beständig ungeschützt gegen die meisten schädlichen Auswirkungen von Störungen aufgrund von Schalt-Stoßwellen, Zünd- und Laststoßwellen, von Lichtbogen-Zündeinrichtungen und anderen Störungen hervorrufenden Einrichtungen. Wie unten noch im einzelnen beschrieben werden wird sind antiparallel geschaltete Dioden vorgesehen, sogenannte Rücken-an-Rücken-Gleichrichterschaltungen, die vor die Eingänge der Operationsverstärker geschaltet sind, um die Eingangssignale auf die Khickspannung der Gleichrichter in Durchlaßrichtung zu begrenzen. Zusätzlich sind Kondensatoren benutzt, wo es zweckmäßig ist, einge-' fangene hochfrequente oder mittelfrequente Störenergie abzuleiten. Ferner sind Eingangs-Filterkondensatoren vorgesehen, um solche hochfrequente.Energie abzuleiten und abzublocken, die in die Leistungsversorgung auf zuführenden oder abgehenden Leitungen eingespeist werden könnte.

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In Fig. 2 ist ein detaillierteres Schaltbild zum Aufbau einer Leistungsversorgung 10 nach der Erfindung dargestellt, bei der der Mehrphasen-Schweißtransformator 12 beispielsweise eingangsseitig eine dreiphasige Dreieckschaltung 6o und eine Sekundär-Wicklung 62 aufweist, die in geeigneter Weise über einen gemeinsamen Kern (nicht dargestellt) miteinander gekoppelt sind, so daß der Schweißtransformator 12 als Konstantspannungstransformator wirkt. Die Leistungsquelle 11 ist an die Primärschaltung 60 angeschlossen, Der gemeinsame oder Sternpunkt-Leiter 64 der Sekundär-Wicklung 62 ist über die Anschlußleitung oder Ausgangs-Leitung 15 und über den stromerfassenden Shunt 22 an das Werkstück 23 angeschlossen. Das äußere Ende jeder Phasenwicklung der Sekundärwicklung 62 ist über einen zugeordneten gesteuerten Siliziumgleichrichter (SCR) 70a-b, 71a-b, 72a-b sowie über eine glättende und stabilisierende Drosselspule 67 und eine Zuleitung oder Ausgans-Leitung 16 an die Elektrode 20 angeschlossen. Der Selbstindutetionswert und der Eigenwiderstand der Drosselspule 67 wird gemäß dem jeweils angewandten Schweißverfahren für optimalen Schweißbetrieb eingestellt. Diese Werte der Selbstinduktion und des Eigenwiderstandes werden durch die Charakteristik des gesamten Systems der Leistungsversorgung 10 beeinflußt. Die Drosselspule 67 kann Abgriffe aufweisen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist, oder sie kann mit einer zweiten Steuerwicklung versehen sein, so daß unterschiedliche Werte der Selbstinduktion für die unterschiedlichen Schweißbetriebsarten eingestellt werden können. Für die Anpassung an bestimmte Anwendungsfälle können zusätzliche Widerstände zwischen der

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Drosselspule 67 und dem Anschluß der Ausgangs-Leitung 16 eingeschaltet werden, die der Optimierung bezüglich der gewählten Betriebsart dienen.

Wie ersichtlich sind sämtliche der sechs Phasenwicklungen der in Sternschaltung zusammengeschalteten Sekundärwicklung 62 an gesteuerte Siliziumgleichrichter angeschlossen. So ist die Phase 62a an die gesteuerten SiliziumgMchrichter 70a-b angeschlossen und dann über die Drosselspule 67 an die Ausgangs-Leitung 16 geführt«. Die benachbarte Phase 62b ist an ein entsprechendes Paar von gesteuerten Siliziumgleichrichtern 72a-b angeschlossen. Jedes Paar dieser gesteuerten Siliziumgleich-r richter 70a-b, 71a-b und 72a-b ist ferner an/die Zühdeinheit 55 für geeignete Impulsansteuerung angeschlossen, so daß die sechs gesteuerten Siliziumgleichrichter in korrekter Folge angesteuert werden. Auf diese Weise wird der Anteil der Halbwelle auf jeder Wicklung, der auf die Leitungen 15-16 durchgeschaltet wird, durch die Phasenansteuerung des Zündens der zugeordneten gesteuerten Siliziumgleichrichter bestimmt, wennimmer die Polarität der Spannung an dieser Wicklung den für das Leiten geeigneten Wert hat.

Beim GTAW-Verfahren ist es wünschenswert, eine Grundversorgung zur Verfügung zu haben, die Sekundär-Hilfswicklungen 66a-c am Schweißtransformator 12 aufweist. Die Hilfswieklungen 66a-c sind in Dreiphasen-DreJBckschaltung zusammengeschaltet, und ihr Ausgang ist an einen Grundlast-^Glelchrichter 69 geführt. Dieser Grundlast-Gleichrichter 69 kann als Dreiphasen-Brückengleichrichter geschaltet sein. Der Ausgang des Gleichrichters 69 ist über einen Schalter 69a an die Leitungen 15 und 16 geführt. Dieser Schaltkreis unterstützt das Aufbauen eines

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stabileren Lichtbogens 26, indem die Welligkeit geglättet wird, die vom Lichtbogen hervorgerufen wird, und indem ein extrem schnell wirkendes Ausgangssignal zur Verfügung gestellt ist, das hauptsächlich durch Widerstände begrenzt ist.

Die Zündeinheit 55 kann eine Zündschaltung bekannter Art sein, die die erforderliche Phasenansteuerung und das Zünden der gesteuerten Siliziumgleichriehter sicherstellt. Zum Beispiel kann die Zundeinheit eine Zündschaltung sein, wie sie unter der Stücklisten-Nummer R 613FJ572 der Fa. Firing Circuit Inc., Norwalk, Connecticut, gefertigt und vertrieben wird.

Die Zündeinheit 55 wird über eine Steuerleitung 7^ angesteuert, die über ein Potentiometer 75 zur Einstellung der Verstärkung an den Ausgang 77 des Verstärkers 52 angeschlossen ist. Das Signal auf der feuerleitung 74bestimmt den jeweiligen Zeitpunkt innerhalb jeder Halbwelle, zu dem ein Zündimpuls auf einen bestimmten der gesteuerten Siliziumgleichrichter gegeben wird, und bestimmt damit die jeweilige Zeitspanne innerhalb der Phase, während der der gesteuerte Siliziumgleichrichter das Ausgangssignal führt, das ihm von der Sekundärwicklung 62 eingespeist wird. Da die Leistungsquelle 11 ebenfalls an die Zündeinheit 55 angeschlossen ist, ist diese Leistungszufuhr mit der Steuerspannung synchronisiert, die an den jeweiligen gesteuerten Siliziumgleichrichter gelegt ist. Das Zünden jedes gesteuerten Siliziumgleichrichters wird über das Eingangssignal auf der Steuerleitung 74 beeinflußt, das ein Maß des Strom-Rückführ-

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signales ist, das seinerseits von der Strom-Rückführ-• schaltung 45 abgegeben, sowie des Spannungs-Rückführsignales, das von der Spannungs-Rückführschaltung 46 abgegeben wird, die beide auf den Summier-Verstärker gelangen und dadurch eine gewünschte Strom- und Span- · nungskennlinienneigung hervorrufen .

Der Mehrphasen-Schweißtransformator 12 kann auch andere Transformator-Schaltungen aufweisen, so etwa eine Dreieck-Dreieck-Schaltung oder eine Y-Dreieck-Schaltung und dergleichen. Dem Fachmann ist geläufig, wie er bei Verwendung solcher anderer Transformator-Schaltungen die gesteuerten Silizium-Gleichrichter, die Zündschaltung und die Wicklungsfolge sowie die Polarität der Transformatorwicklungen zusammenschließt.

Der Shunt 22 ist gewöhnlich ein Millivolt-Meßwiderstand, der mit der Ausgangs-Leitung 15 in Reihe geschaltet ist, obwohl auch andere Bauelemente zur Abgabe eines vom Stromabhängigen Signales hier ebenso anwendbar sind. Das in Fig. 2 obere Ende 22b des Shunt 22 ist über eine gemeinsame Masseleitung 8o an eine Zusammenschaltung je eines festen Anschlusses von Strom- und Spannungs-Rückführ-Potentionmetern 82 bzw. 85 geführt. Diese Messeleitung 80 ist Bezugspotential-Leitung für die gesamte elektronische Schaltung des Rückführkreises. Das untere Ende 22a des Shunt 22 ist über eine Leitung 84 an den anderen festen Abschluß des Strom-Potentiometers 82 geführt. Auf diese Weise ist das Potentiometer 82 dem Shunt 22 parallelgeschaltet, und der für die Rückführung wirksame Anteil des Strom-Rückführsignales wird vom Abgriff 82a des Potentiometers 82, bezogen auf das Potential der.Masseleitung 80, abge-

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griffen. Dieses abgegriffene Strom-Rückführsignal wird auf den Summiereingang 42c des Summier- und Filter-Verstärkers 42 geführt.

Innerhalb dieses als Regler dienenden Verstärkers '42 ist der Summiereingang 42c an eine Eingangsbeschaltung 85 angeschlossen, die Widerstände 90a-c in Serienschaltung und daran angeschlossene Kondensatoren 97a-b aufweist. Ein Ende der Serienschaltung der Widerstände 90a-c ist an den Summiereingang 42c, das andere Ende dieser Serienschaltung an. den Summierpunkt eines Operationsverstärkers 100 angeschlossen, der als verstärkendes Element den Summier- und Filter-Verstärker 42 enthält. Das Rückkopplungsnetzwerk 102 des Operationsverstärkers 100 enthält Widerstände I03 bis I06 und Kondensatoren I08 bis 111. Die Werte dieser Widerstände und Kondensatoren als den Rückkoppel-Bauelementen sind in Verbindung mit den Werten der Widerstände 90a-c und der Kondensatoren 97a-b so ausgesucht, daß eine ausrechende Filterung des rückgeführten Anteiles des Strom-Istwertsignales erfolt. Diese Bauelemente sind ferner so ausgewählt, daß sie eine geeignete Spannungsverstärkung erbringen, · damit das Strom-Rückführsignal mit den Spannungspegeln, die an den Summiereingängen 42a, 42b und 42d anliegen, zusammenschaltbar ist. Die Spannungspegel an den Summiereingängen 42a-b und 42d können z.B. auf etwa 10 Volt Maximalpegel eingestellt sein.

Für die Rückführung des Spannungs-Istwersignales ist eine Serienschaltung eines Potentiometers 17b und eines geeigneten Widerstandes 17a (zusammen bilden sie den Lastwiderstand I7) zwischen dem anderen festen Anschluß des Potentiometers 8;5 und der Last- oder Ausgangs-

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Leitung l6 eingeschaltet. Auf diese Weise wirkt sich der Potentialunterschied zwischen den Last- oder Ausgangs-Leitungen I5-I6 über der Serienschaltung der Widerstände I7a-b und 83 aus, wobei das wirksame Spannungs-Rückführsignal am Abgriff 8^a des Potentiometers 83 gegenüber dem Bezügspotential der Masseleitung 80 abgegriffen wird. Durch geeignete Einstellung des Abgriffes 8j5a wird der wirksame Anteil dieses rückgeführten Spannungs-Istwertsignales auf einen Pegel eingestellt, der mit der Spannung vom Sollwertstellglied 4o verträglich ist. Das Spannungs-Rüekführsignal wird über einen Leiter 44 auf den Summiereingang 42b gegeben. Innerhalb des Verstärkers 42 ist der Summier-Eingang 42b an eine Eingangsbeschaltung 86 angeschlossen, die Widerstände 83a-c aufweist, die in Serie geschaltet und an den Summierpunkt 92 angeschlossen sind, und die außerdem Kondensatoren 98a-b aufweist. Die Werte dieser Bauelemente des Widerstands-Kondensator-Netzwerkes sind im Hinblick auf die Widerstands-Kondensator-Kombination des Rückkopplungsnetzwerkes 102 so ausgewähl, daß bei Einheitsverstärkung eine geeignete Filterung des rückgeführten Anteiles des Spannungs-Istwertsignales erfolgt.

Für die Vorgabe des Sollwertsignales weist das Sollwertstellglied 4o ein Potentiometer 95 auf, dessen Abgriff an den Summiereingang 42a angeschlossen ist. Ein fester Anschluß des Potentiometers 95 ist an die Masseleitung 80 geführt, während der andere feste Anschluß über ein Potentiometer 96 an den positiven Pol einer Spannungsquelle gelegt ist. Der Summiereingang 42a ist innerhalb des Verstärkers 42 an eine Eingangsbeschaltung 87 gelegt, die Widerstände 94a-c in Serie und

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Kondensatoren 99a-b aufweist. Die Werte dieser Bauelemente sind in Bezug auf die Werte der Bauelemente des Widerstands-Kondensator-Dimensionierung 'des Rückkopplungsnetzwerkes 102 so ausgewählt, daß eine Übertragungsfunktion für das Sollwert-Signal erreicht wird, die dem Strom-Rückführsignal am Summiereingang 42c und dem Spannungs-Rückfuhrsignal am Summiereingang 42b angepaßt ist.

Wenn Impulse vom Impulsgenerator 250 auf den Verstärker 42 gelangen sollen, wird der Schalter 252 geschlossen. Polglich werden diese Impulse über den Summiereingang 42d und dann über eine Eingangsbeschaltung eingespeist, die Widerstände 254a-c in Serienschaltung und Kondensatoren 253a-b aufweist. Die Wirkungsweise des Impulsgenerators 250 wird im ein2elnen weiter unten erläutert.

Diejenigen Enden der Eingangsbeschaltungen, die den Summiereingängen 42d, 42c und 42b und 42a abgewandt sind, sind am Summierpunkt zusammengeführt, der an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 100 führt. Diese Eingangsbeschaltungen und das Rückkopplungsnetzwerk wirken derart zusammen, daß sie ein Butterworth-Filternetzwerk bilden.

Gegen Störeinflüsse am Verstärker 42 sind identische Dioden ΙβΟ und 161 zwischen den Summierpunkt 92 (also den invertierenden oder negativen Eingang) des Verstärkers 100 und Masse gelegt, wobei diese Dioden l6o und l6l antiparallel zueinander geschaltet sind. Diese Dioden l6o und l6l werden dazu benutzt, zu verhindern, daß das angelegte Eingangssignal am Ver-

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stärker 100 den Wert übersteigt, der durch den Spannungsknick (Sohwellspannung) in Vorwärtsrichtung der Dioden l60,^l6l gegeben ist. Zusätzlich ist noch ein Kondensator l62 zwischen dem Summierpunkt 92 und Masse eingeschaltet, um eingekoppelte Störenergie hoher und mittlerer Frequenz wirksam abzuleiten, die sich sonst am Eingang des Verstärkers 42 auswirken könnte. Ein Kondensator I65 kann zusätzlich zwischen den Ausgang des Verstärkers 100 und Masse geschaltet sein, um auch hier hochfrequente Signale auf Masse abzuleiten.

Ein zusätzliches Eingangssignal kann von einem Abgriff eines Potentiometers 115 und · über einen Widerstand 116 an den Summierpunkt 92 geführt werden. Ein fester -Anschluß dieses Potentiometers II5 ist über einen Widerstand 114 an den positiven Pol einer Spannungsquelle, der andere feste Anschluß an Masse geführt« Das Potentiometer 115 und der Widerstand 114 bilden ein einäsellbares Spannungsteiler-Netzwerk, das dazu dient, das untere Ende der Geberskala für das Sollwertgeber-Potentiometer zu kalibrieren, wenn die Neigung der Kennlinie für Konstantstrom-Betrieb vorgewählt wird. Das Potentiometer 96, das oben schon beschrieben wurde, dient dazu, das obere Ende der Skala für das Potentiometer 95 des Sollwerstellgliedes 40 in Ampere zu eichen, wenn die Kennlinie auf Konstantstrom-Betrieb eingestellt ist.

Wenn die mechanische Gleichlaufkopplung 47 ganz nach rechts,verstellt wurde (entsprechend maximaler Einstellung im Uhrzeiger-sinne), dann ist ersichtlich der Abgriff 82a in seiner am weitesten von Massepotential

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entfernten Position, während der Abgriff 8j5a am weitesten nach Masse herangeschoben ist. Polglich ist die Strom-Rückführung maximal und die Spannungs-Rückführung minimal wirksam. Andererseits ist, wenn nämlich die mechanische Gleichlaufkopplung 47 ganz nach links verstellt ist (entsprechend der maximalen Einstellung entgegen dem Uhrzeigersinn), der Abgriff 82a am weitesten, nach Masse hin verschoben, während der Abgriff 8j5a am weitesten davon entfernt ist. Folglich ist jetzt die Stromrückführung unterdrückt und die Spannungsrückführung maximal wirksam.

Zum Verstärker 52 gehört ein Operationsverstärker 125, an dessen negativem Eingang ein Widerstand 121 angeschlossen ist, vor dem ein Potentiometer 120 liegt, das an den Ausgang des Op-erationsverstärkers 100 führt. Der positive Eingang des Operationsversätrkers ist über einen Widerstand 12J5 an Masse geschaltet. Dioden 166 und 167, entsprechend den Dioden I60, 161, sind wider antiparallel zwischen den negativen Eingang des Operationsverstärkers 125 und Masse geschaltet, um Eingangssignale vor jenem Verstärker daran zu hindern, über den Spannungswert entsprechend der Schwellwert.spannung in Durchlaßrichtung der Dioden 160, Ιοί anzuste^n. Ein Kondensator I70 ist zwischen den Ausgang des Operationsverstärkers 125 und Masse geschaltet, um hochfrequente Signalkomponenten zusätzlich zur Wirkung der Kondensatoren 162 und 165 nach Masse hin abzuleiten.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 125 ist, ferner an seinen negativen Eingang zurückgeführt, nämlich über einstellbare Integrations-Kondensatoren Γ'3Ο,

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und einen Widerstand 1-31. Auf diese Weise arbeitet der Operationsverstärker 125 als ein aktiver Integrator mit Integrations- und Proportionalverhalten. Wenn im eingeschwungenen Zustand eine Störung im Signal über die Regelabweichung (Fehlersignal) am Ausgang des Opera tionsverstärkers 100 auftritt, dann-lädt sich der Kondensator I30 in der Richtung auf, daß er den Operationsverstärker 125 und damit auch die Zündeinheit 55 so ansteuert, daß das Fehlersignal wieder auf Null zurückgeführt wird. Mit dem Potentiometer 120 kann die Verstärkung des geschlossenen Rückführkreises eingestellt werden.

Wenn vom GMAW (MIG-)Betrieb mit Argon als Lichtbogen-Schutzgas auf GTAW (TIG)-Betrieb mit Helium als Schutzgas umgeschaltet werden soll, dann ist es manchmal notwenidg, die Integrationszeit des Operationsverstärkers zujändern. Die Ursache für dieses Erfordernis liegt darin, daß das Helium instabiler ist, als das Argon, und normalerweise ist es daher erforderlich, die Integrationszeitkonstante zu vergrößern. Auf diese Weise wird das Rückführsignal verzögert, so daß die Rückführung nicht wegen der Instabilitäten im Lichtbogen aufschwingt. Dementsprechend wird für den Integrations-Kondensator 130a eine größere Kapazität als für den Integrations-Kondensator 130 gewählt, und der Wahlschalter 133 wird so eingestellt, daß der Kondensator 130a wirksam wird. Auf diese Weise ist ein vorbestimmtes Verhalten (Übertragungsfunktion ) erzielt, das zum gerade angewandten Schweißverfahren paßt.

Der Startschaltkreis 53 ist vorgesehen, um die Inbetriebnahme der Leistungsversorgung 10 zu unterstützen.

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Verständlicherweise ist es sowohl bei Handbetrieb als auch bei automatischem Schweißbetrieb oft erwünscht, unterschiedliche Schweißströme zu Betriebsbeginn zur Verfügung zu haben, um den Lichtbogen 26 leichter ausbilden zu können. Wenn jedoch einmal der Lichtbogen 26 erzeugt wurde, ist es notwenig, den Schweißstrom auf seinen normalerweise gewünschten Wert zu reduzieren, der vom Sollwertstellglied 40 vorgegeben ist.

Um diesen Start-Schweißstrom zu erzielen, ist eine Strom-Rückführung über die leitung 84 und eine Leitung 130 sowie über einen Widerstand 1J52 an den negativen Eingang 135a eines Operationsverstärkers vorgesehen. Diese Stromrückführung bewirkt ein wirksames negatives Potential am Eingang 132a. Der Eingang 135a ist ferner über ein Spannungsteiler-Netzwerk I36 an den positiven Pol einer Spannungsquelle angeschlossen. Der positive Eingang des Verstärkers 135 ist über einen Widerstand 138 an Masse geschaltet. Wenn der Wert des negativen Potentials,das von der Stromrückführung erzeugt wird, ein Niveau oberhalb des positiven Potentials erreicht, das vom Netzwerk 136 geliefert wird (genannt das Start-Bezugssignal), dann ändert der Ausgang des Verstärkers 135 seine Polarität und schaltet damit einen Schalttransistor 14O ein. Der Kollektor des Transistors I4o ist an ein Relais 142 angeschloseen, dessen normalerweise geschlossener Kontaktsatz 142a zwischen einem Abgriff eines Potentiometers 144 und einer Diode 145 liegt. Wie in Fig. 2 dargestellt ist dieser Schaltkreis zwfehen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers 125 eingeschaltet, wodurch für diesen Operationsverstärker 125 ein Be-

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- 25 grenzen seines Ausgangssignales erfolgt.

Es wird zu Betriebsbeginn das Relais 142 entregt, und der normalerweise geschlossene Kontaktsatz 142a be^:- wirkt, daß die Einstellung des Potentiometers 144 für den Anfangs-Schweißstrom am Eingang des Verstärkers 125 wirksam wird. Diese Vorgabe wirkt auf die Zündeinheit 55 und führt auf den vorgegebenen Wert der Startspannung. Dieser vorgegebene Wert kann größer sein, als ein Spannungswert für Normalbetrieb. Wenn der Schweiß- oder Lichtbogenstrom, so weit angestiegen ist, daß am Eingang 135a des Verstärkers 155 ein Potential ansteht, das größer, ist, als die vorgegebene Spannung vom Spannungsteiler-Netzwerk I36, danrpird der Transistor 14O'durchgeschaltet und somit das Relais 142 erregt, so daß dessen Kontaktsatz l42a geöffnet wird. Mit geöffenten Kontakten l42a wird die Vorgabe für Schweißbeginn abgeschaltet, und der Verstärker 52 arbeitet fortan im Normalbetrieb.

Bei der vorbeschriebenen Betriebsweise kann der Lichtbogen 26 jedoch noch abträgliche Effekte hervorrufen, Insbesonder bezüglich der Zuverlässigkeit der Funktion der RückführSchaltung. Beispielsweise bedingen der Typ des Schutzgases, das im Lichtbogen benutzt wird, das gerade angewandte Schweißverfahren und der Zustand bzw. das Vorhandensein einer geschmolzenen Schweißmaterial-Puddel eine Veränderung der Steuerbedingungen. So kann, wenn die Rückführung das positive Start-Bezugspotential: das vom Netzwerk 1J>6 gestellt wird, übersteigt, derLichtbogen 26 noch nicht voll ausgebildet sind, und es kann also zu früh sein, jetzt schon auf normalen Schweißbetrieb überzugehen. Dementsprechend ist, um ein Absinken· der

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Rückführung mit einem daraus resultierenden Einstellen eines Startniveaus (Schwingen) zu vermeiden, ein Kondensator -^schaltkreis zwischen dem Ausgang des Verstärkers 135 und Masse vorgesehen. Diese Kondensatorschaltung kann einen Umschalter 179 mit mehreren Schaltstellungen aufweisen, mittels dessen einer der zeitbestimmenden Kondensatoren I80 bis l82 auswählbar ist. Die Werte dieser zeitbestimmenden Kondensatoren sind so vorgegeben, daß eine gewünschte Zeitverzögerung hervorgerufen wird. Insbesondere verhindert der" jeweils angewählte Kondensator I80 bis l82 ein Umschalten des Transistors (und damit ein Ansteuern des Relais 142), bis der angewählte Kondensator I80 bis l82 voll geladen ist. Diese Ladezeit hängt von der Kapazität des Kondensators ab.

Ein zusätzliche Zeitverzögerung wird durch einen Kondensator I85 erzielt, der über das Relais 142 geschaltet ist. Dieser Kondensator I85 verhindert, daß das Relais entregt wird, wenn nur ein kurzzeitiges Verlöschen des Lichtbogens 26 auftritt. Insbesondere würde das, bei irrtümlichem oder kurzzeitigem Verlöschen des Lichtbogens, ein Abschalten des Transistors 14O bewirken, mit der Folge des Einsetzens einer Entregung des Relais 142. Jedoch bewirkt der Kondensator I85, daß das Relais 142 weiterhin über die kurze Zeitspanne, in der womöglich sogar der Transistor l40 abgeschaltet ist, erregt bleibt.

Auf diese Weise ist eine Startvorgabe geschaffen, de mittels der anwählbaren zeitbestimmenden Kondensatoren 180 bis 182 eine hinreichende Zeitspanne lang sicherstellt, so daß der Schweiß-Lichtbogen 26 sich ausbildet.

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Als weitere Schutzeinrichtung gegen Störeinflüsse sind •häufig zueinander identische Dioden I72 und 175 zwischen den negativen Eingang 155a und Masse geschaltet, wobei diese Dioden 172, 175 wieder antiparallel angeordnet sind. Diese Dioden werden also in gleicher Weise benutzt, wie die Dioden ΐβθ, !öl, nämlich um zu verhindern, daß das ankommende Signal am Verstärker 155 einen Spannungswert überschreitet, der durch die Knick- oder Schwellspannung der in Vorwärtsrichtung betriebenen Dioden gegeben ist.

Die im einzelnen in Fig. 2a dargestellte Überstrom-Schutz schaltung 200 bewirkt einen Schutz des Gleichersatzes 14 nicht.nur gegen langandauernde Überströme, sondern auch gegen außergewöhnlich kurze Strom-Stoßwellen,

Hierfür wird das Strom-Rückführsignal von der Leitung über einen Leiter 84a (Fig. 2) und Eingangswiderstände 202 und 205 (Fig. 2a) abgegriffen und an den.-negativen Eingang 205a eines Operationsverstärkers 205 geführt. Der Eingang 205a ist außerdem an einen Spannungsteiler geschaltet, nämlich über einen Widerstand 207 an einen Abgriff 209a eines Potentiometers 209; das Potentiometer 209 ist mit einem Widerstand 211 in Serie geschaltet, und diese Serienschaltung ist zwischen eine positive Einspeisung der Masse gelegt. Das Strom-Rückführsignal bewirkt ein negatives Potential am Eingang 205a, während der Spannungsteiler ein positives Potential liefert. Der Abgriff 209a ist so eingestellt, daß ein positives Potential von angenähert 25 % über demjenigen negativen (Rückführ-) Potential, das maximaler Ausgangsleistung der Leistungsversorgung 10 entspricht, am Eingang 205a wirksam ist.

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Dementsprechend wird bei normaler Betriebsweise der Leistungsversorgung 10 ein positives Potential an den Eingang 205a gegeben, das das Potential am Ausgang 214 zum Negativen hin verschiebt, welches über Kathode und Anode einer Diode 215 zum Eingang 205a rückgeführt wird und dadurch den Ausgang 214 auf Null zurückbringt. Der Ausgang 214 ist über einen Widerstand 217 an den negativen Eingang 220b eines Operationsverstärkers 220 geführt, der als Komparator arbeitet. Der positive Eingang 220a dieses Operationsverstärkers 220 ist über einen Widerstand 222 an eine positive Einspeisung und über einen Widerstand 224 an Masse angeschlossen, Bei Nullpotential beim Ausgang 214 wird der Ausgang des Operationsverstärkers 22o negativ, und dieses Ausgangssignal wird über eine Diode 225 abgeblockt. Die Diode 225 ist über einen Widerstand 250 an die Zündelektrode eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 232 (z.B. Thyristor) angeschlossen, dessen Anode über ein Relais 240 und eine lichtemittierende Diode als optischem Signalindikator 240a sowie einen normalerweise geöffneten Kontakt 243a an eine positive Versorgung angeschlossen ist. Normalerweise ist, wie in Fig. 2a dargestellt, der Schalter 241 geschlossen, wodurch das Relais 243 erregt wird und seten Kontakt 243a schließt. Die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 232 1st über einen beliebigen und normalerweise geschlossenen Rücksetzschalter 241a an Masse gelegt. Bei Normalbetrieb ist der gesteuerte Siliziumgleichrichter 232 stromlos und folglich das Relais 240 entregt, und^essen normalerweise geschlossenen Kontakte 240b bewirken, daß normalerweise der Ausgang des Verstärkers 52 an die Zündeinheit 55 angeschlossen ist. (Fig. 2) . Der

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normalerweise geöffnete Kontakt 240a bewirkt, wenn er geschlossen wird, eine Erdung der Zündeinheit 55, bzw. ihre Verbildung mit Masse, wodurch sie außer Betrieb gesetzt wird·. Wenn die Stromrückführung ein negatives Potential am Eingang 205a hervorruft, dessen. Wert größer ist, als der des positiven Potentials des Spannungsteilers, dann strebt der Ausgang 214' positivem Potential zu. Polglich wird die Diode 215 leitend, und ein Integrierkondensator 212, der zwischen den Anschlüssen 205a und 214 eingeschaltet ist, beginnt sich aufzuladen. Ersichtlich integriert der Kondensator 212 das Potential am Ausgang 214 auf, und deshalb erfolgt bei einer schnell ansteigenden Stoßwelle die Integration (das Laden des Kondensators 212) schnell, und das Potential am Ausgang 214 steigt schnell an. Der Kondensator 212 ist so ausgewählt, daß er eine Ladezeitkonstante entsprechend der Strom-'zeitkonstante der gesteuerten Siliziumgleichrichter des Gleichrichtersatzes 14 aufweist.

Wenn der Kondensator 212 sich auflädt, dann steigt am Ausgang 2.14 und am Eingang 220b das positive Potential an, bis dieses positive Potential größer ist ,als das Bezugspotential am Eingang 220a. Nun wird der gesteuerte Siliziumgleichrichter leitend geschaltet, wodurch das Relais 240 erregt wird, um die Zündeinheit 55 außer Betrieb zu setzen. Wenn jedoch die Stoßwelle hinreichend weit abgeklungen ist, ehe der Kondensator sich hinreichend aufgeladen hat, so daß das Potential am Eingang 220b größer als dais Bezugspotential ist, dann wird das Relais 240 nicht angesteuert. Mit anderen Worten: Wenn die Stromrückführung der Stoßwelle nicht lang genug aufrechter-

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halten bleibt, um den Kondensator 212 auf eine Spannung aufzuladen, die größer als die Bezugsspannung ist, dann wird das Relais 240 nicht betätigt. Aufdiese Weise kann eine hohe Überstrom-Stoßwelle, die nur relativ kurz andauert, durch das System der Leistungsversorgung 10 hindurchlaufen, ohne die Überstromschutzschaltung auszulösen. Andererseits, tritt die Schutzschaltung in Tätigkeit, wenn die Stoßwelle groß ist und hinreichend lang entsteht und der Kondensator 212 sich über die Bezugsspannung hinaus auflädt.

Die vorstehend erläuterte Schaltung bestimmt' die kritische kurze Zeit für den Schutz gegen übermäßige Stoßwellen. Bezüglich Schutzes gegen langandauernden Überstrom ist ersichtlich,daß das Potential am Ausgang 214 dem Potential am Eingang 205a folgt. Polglich ist der wirksame Überstrom-Schutzwert durch das Potentiometer 209 eingestellt. Wenn die Strom-Rückführung ein Potential am Eingang 205a hervorruft, das die Vorgabe überschreitet, dann wird das Relais wieder betätigt.

Um den geeigneten Kapazitätswert des Kondensators 212 auswählen zu können wird eine typische Kurve eines gesteuerten Siliziumgleichrichters 7Oa-7Ob aufgenommen, und die kritischen Punkte der Zeit-Strom-Charakteristik der gesteuerten Siliziumgleiohrichter werden darin untersucht. Beispielsweise sei es bekannt, daß die Kurve von 0 auf 100 ms am kritischsten ist; dann wäre einem Schutz entlang dieser Kurve größtmögliche Beachtung zu schenken.

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-Normalerweise ist ein Signalsystem vorgesehen, um ein Auslösen aufgrund Überstromes anzuzeigen. Beispielsweise leuchtet eine Lumineszenz-Zelle 240a auf, wenn das Relais 240 angesteuert wird, um das Auslösen der Sicherheitseinrichtung anzuzeigen.

Ersichtlich kann die Überstromschutzschaltung 200 nach Fig. 2a einfach und auch über Fernbedienung zurückgesetzt werden, nachdem die Zündeinheit 55 einmal abgeschaltet" wurde. Insbesondere sinkt die Strom-Rückführung auf 0 ab, wenn die Zündeinheit 55 außer Betrieb gesetzt wurde. Über den Schalter 24l, der an geeigneter, auch räumlich entfernter Stelle angeordnet ist, kann das Relais 243 vorübergehend entregt werden, so daß die Kontakte 243a öffnen und dadurch der gezündete gesteuerte Siliziumgleichrichter 232 wieder abgeschaltet wird. Bei abgeschaltetem gesteuertem Siliziumgleichrichter 232 ist auch das Relais 240 wieder entregt und dadurch der Kontakt 240a geöffnet und der Kontakt 240b geschlossen. Wenn der Schalter 241 wieder geschlossen wird, sind auch die Kontakte 243a wieder geschlossen, und die Überstromschaltung 200 sowie die gesamte Leistungsversorgung 10. sind wieder in den Betriebszustand zurückgeschaltet. Ein weiterer von Hand zu betätigender Rückstellschalter 24la kann vorgesehen sein, um anstelle über den Schalter 241 und das Relais 243 alternativ hierüber den durchgezündeten gesteuerten Siliziumgleichrichter 232 wieder abzuschalten.

Der schon erwähnte, in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellte Impulsgenerator 250 liefert eine Folge von Impulsen an die Eingangsbeschaltung 86, also an das Butterworth-

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Filter, und hierüber an den Summierpunkt $2, wenn der Schalter 252 geschlossen ist. Auf diese Weise mischt der Verstärker 42 die Impulse mit den anderen Eingangssignalen, was dahingehend wirkt, daß das Zünden der gesteuerten siliziumglei chrichter im GMchrichtersatz 14 so gesteuert wird, daß dadurch deren Einschaltzeit und die Abschaltzeit und folglich die Stärke des resultierenden Schweiß-Stromes variiert werden.

Zwer-ck dieser Impulseinspeisung ist es, das Rühren oder Benetzen zwischen der Puddel und dem Grundmetall des Werkstückes 23 (also dessen festen Teil)zu fördern. Daraus resultiert eine Verbesserung der Schweißqualität, der Leichtigkeit des Schweißens und der Schweißkonsistenz, was eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Schweißmaschine bedeutet. Wenn für eh Ausführungsbeispiel ein Grundlaststrom von 1%, bezogen auf den normalen strom des Systemes der Leistungsversorgung 10, angenommen wird, dann können die Impulse so eingestellt werden, daß sie mit maximal 100$ des Ausgangsstromes über jenen Grundlaststrom hinausreichen. Die Pulsfrequenz kann z. B. 10 Impulse pro Sekunde betragen.

Wie in Fig. 2 im einzelnen dargestellt ist wird die Folge der Impulse zusammen mit dem Bezugspotential und den Signalen der Strom- und der Spannungsrückfuhrung im Operationsverstärker 100 aufsummiert. Der Impulsgenerator 250 enthält einen Operationsverstärker 265, der als astabiler Multivibrator beschaltet ist. Dazu ist der Ausgang des Operationsverstärkers 255 über antiparallele Dioden 26o und 26l sowie Potentiometer 2β2 bzw. 263 an seinen negativen Eingang geschaltet. Zusätz-

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lieh ist dieser Eingang, wie in Fig. 2 dargestellt, sowohl über Dioden 2ö5a-b als auch über Kondensatoren 266a-b an Masse geschaltet. Der positive Eingang des Operationsverstärkers ist über einen Wahlschalter 275 an den Abgriff eines Potentiometers 270 geschaltet, dessen eines Ende mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 255 verbunden ist. Auf diese Weise kann'die Impulsfrequenz mittels der Potentiometer 2β2, 263 gewählt werden, während die Pulsamplitude mittels des Wahlschalters 275 eingestellt werden kann, der entweder die in· Fig. 2 dargestellt Schaltstellung einnimmt, oder an den Abgriff eines Potentiometers 276 schaltbar ist. So wird bei geschlossenem Schalter 252 die eingestellte Impulsfrequenz und Pulsamplitude über ein Potentiometer 280 und diesen Schalter 252 ausgegeben.

Natürlich können die über den Schalter 252 abgegebenen Impulse noch einer Impulsverformung unterzogen werden, etwa durch einen zusätzlichen Schaltkreis (der aber in Fig. 2 nicht dargestellt ist), mittels dessen die Impulsamplitude gemäß einem Schweißprogramm variiert werden kann,so daß also nicht mehr Impulse stets konstanter Höhe in den Verstärker 42 eingespeist werden.

Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Sie umfaßt auch alle fachmännischen Abwandlungen sowie Teil-und Unterkombinationen der beschriebenen und/ oder dargestellten Merkmale und Maßnahmen.

Ansprüche

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Claims

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Ansprüche

1. Schaltanordnung für eine Gleichstrom-Lichtbogente is tungsvers'orgung, insbesondere zum Schweißen, bei der zu Betriebsbeginn ein Start-Gleichstrom über eine hinreichend lange Zeitspanne zum Aufbau des Lichtbogens zwischen einem Elektroden-Paar abgegeben wird, gekennzeichnet,, durch Leistungsschal-; tungen zur Abgabe des Gleichstromes an die Elektroden (20,23). durch ein Sollwertstellglied (4o) zur Abgabe eines Sollwertes für den Gleichstrom, durch Wandler zum Erfassen des Gleichstromes und zum Abgeben eines Strom-Rückführsignales, durch Wandler zum Erfassen der Spannung zwischen den Elektroden (20,23) und zum Abgeben eines Spannungs-Rückführsignales, durch eine Regelschaltung, die den Leistungsschaltungen vorgeschaltet ist und in der das Sollwertsignal, das Strom-Rückführsignal und das Spannungs-Rückführsignal aufsummiert werden, um ein Steuersignal zum Einstellen der Strom-Spannungs-Charakteristik des Gleichstromes an die Leistungsschaltungen abzugeben, durch ehen Start-Bezugswertgeber zum Erzeugen eines Start-Sollwertsignales und durch einen Startschaltkreis (53) zum Vergleichen des Strom-Rückführsignales mit dem Start-Sollwertsignal zwecks Beeinflussung des Steuersignales zu Betriebsbeginn für einen Gleichstrom, der von demjenigen entsprechend dem Strom-Sollwert abweicht, wobei die Startschaltung eine Zeitverzögerungsschaltung zum Umschalten des Gleichstromes auf den vorgegebenen Wert enthält, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne nach Anstieg des Strom-Rückführsignals auf einen vorgegebenen Wert bezüglich des Start-Sollwert-signales abgelaufen ist.

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2. Schaltanordnung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Startschaltkreis (53) einen Verstärker -(135) mit einem Eingang aufweist, der an den Wandler für den Gleichstrom angeschlossen ist, sowie ein Relais (142), das an den Ausgang dieses-Verstärkers (135) angeschlossen ist und wenigstens einen Kontaktsatz (142a)"aufweist, und daß ein Start-Sollwertgeber (Potentiometer 144) vorgesehen ist, der an den Kontaktsatz (l42a) und den Regler angeschlossen ist, um das Steuersignal zu beeinflussen.

3. Schaltanordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Zeitverzögerungsschaltung, die eine Vielzahl an Kondensatoren (I80, I8I, 182) unterschiedlicher Kapazität und einen Umschalter (179) zum Einschalten ausgesuchter jener Kondensatoren (I80, I8I, I82) in einem Erregerkreis für das Relais (142) aufweist, um den gewünschten Wert der Zeitverzögerung einzustellen.

4. Schaltanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Erregerspule des Relais (142) ein Kondensator (185) parallelgeschaltet ist, um zu verhindern, daß das Relais (142) bei Erscheinen nur . kurzzeitiger Ausfälle des Lichtbogens (26), die das Strom-Rückfuhrsignal unter den vorgegebenen Wert absinken lassen wurden, erregt wird.

5. Schaltanordnung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler einen zweiten Operationsverstärker (125) aufweist, der mit Integrier-Kondensatoren (I30, 130a) versehen ist, die in einer ersten Rückführung angeordnet sind, und der an seinem Ausgang des Steuer-

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signal abgibt, und daß ein Start-Sollwertgeber (Potentiometer 144) in eine zweite Rückführung eingeschaltet und bei Betriebsbeginn an den Eingang des zweiten Operationsverstärkers (125) gelegt ist.

6. Leistungsversorgung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl einzelner Integrier-Kondensatoren (1^0, 1^Oa) wahlweise in die erste Rückführung einschaltbar sind, so daß ein Kapazitätswert auswählbar ist, der ein vorbestimmtes, dem angewandten Schweißverfahren angepaßtes Übertragungsverhalten ergibt.

7· Leistungsversorgung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den Wandlern je ein für den Regler wirksamer Anteil des Spannungs- und des Strom-Rückführsignales abgreifbar ist und daß eine Schutzsignal-Geberschaltung und eine Überstrom-Schutzschaltung (200) zum Vergleichen jenes abgegriffenen Anteiles des Strom-Rückführsignales mit dem Schutzsignal zum Abschalten der Leistungsstufen, wenn der einstellbare Anteil des Strom-Rückführsignales über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg einen größeren Wert aufweist als das Schutzsignal, vorgesehen sind.

8. Leistungsversorgung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Überstrom-Schutzschaltung(200) einen Integrator zum Integrieren des abgegriffenen Anteiles des Strom-Rückführsignales aufweist, der 'eine Zeitkonstante entsprechend der Zeit-Strom-Charakteristik der Leistungsstufen aufweist, so daß bei einer rsrch

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ansteigenden stoßwelle des eingestellten Anteils des Strom-Rückfuhrsignales eine schnelle Integration erfolgt. · ·

9ο Leistungsversorgung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch' gekennzeichnet, daß eine Umschaltsteuerung an dem Ausgang des Integrators vorgesehen ist, die bei Erscheinen eines hohen Stoßwellenstromes bezogen auf die Integrationszeit kurzer Dauer abgeschaltet bleibt, und die eingeschaltet wird, wenn der Stoßwellenstrom wenigstens über jene Zeitspanne hinweg andauert.

10. Leistungsversorgung nach Anspruch 9* dadurch gekennzeichnet, daß ein Relais (24o) vorgesehen ist, um die Leistungsstufen abzuschalten, wenn die Umschaltsteuerung eingeschaltet wird.

11. Leistungsversorgung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß Vorrichtungen zum Zurücksetzen der Überstrom-Schutzschaltung .(200) vorgesehen sind, nachdem die Leistungsstufen außer Betrieb gesetzt wurden, in denen Vorrichtungen zum Abschalten der Umschaltsteuerung enthalten sind.

12. Leistungsversorgung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, daß eine Startschaltung zum Vergleichen des abgegriffenen Anteiles des Strom-Rückfuhrsignales mit einem Start-Sollwert-Signal vorgesehen ist, um das Steuersignal bei Inbetriebnahme so zu beeinflussen, daß ein Gleichstrom hervorgerufen wird, der sich von dem vorgegebenen Wert für stationären Betrieb unterscheidet, wobei in der Startschaltung eine

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Zeitverzögerungsschaltung zum Umschalten des Gleichstromes auf den .gewünschten Wert vorgesehen ist, wenn eine vorgegebene Zeitspanne ab Ansteigen des abgegriffenen Anteiles des Strom-Rückführsignales auf einen vorgegebenen Wert bezüglich des Start-Sollwertsignales verstrichen ist.

Ij5· Leistungsversorgung nach einem oder mehreren der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Impulsgenerator (250) für eine Folge von Impulsen vorgegebener Dauer, Folgefrequenz und Amplitude an den Regler vor den Leistungsstufen geschaltet ist.

14. Leistungsversorgung nach Anspruch IJ, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zur gleichzeitigen Verstellung der beiden Einstellvorrichtungen zum Abgreifen der rückgeführten Istwert-Signale für eine stetige und kontinuierliche Verstellung der Strom-Spannungs-Charakteristik oder Einstellung einer Konstant-Spannungs-Charakteristik vorgesehen ist.

15· Leistungsversorgung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgenerator (250) einen astabilen Multivibrator aufweist, der mit einer Schaltung zum Variieren der Pulsfolgefrequenz und der Pulsamplitude ausgestattet ist.

16. Leistungsversorgung nach Anspruch 15* dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstufe einen Gleichrichtersatz (14) aus gesteuerten Siliziumgleichrichtern (70, 71, 72)zum Gleichrichten des Wechsel-

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stromes aus einer Leistungsquelle (11) sowie eine Zündeinheit (55) aufweist, die gemäß Ansteuerung durch den Regler in geeigneter Folge Zündimpulse an den Gleichrichtersatz (14-) liefert.

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