DE2455581C3 - Schaltungsanordnung für eine Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung, insbesondere zum Schweißen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung gemätdem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der US-PS 36 88 180 bekannt Bei ihr wird im Stromrichter-Zündimpulsgenerator ein Sollwert-Istwert-Vergleich durch- geführt, um nach Maßgabe der Regelabweichung die Leistungsschaltglieder in Form von gesteuerten Siliziumgleichrichtern zu betreiben. Dieser Eingriff in die Wirkungsweise des Zündimpulsgenerators gestaltet sich aber apparativ recht aufwendig. Nachteilig an der Wirkungsweise der bekannten Schaltungsanordnung ist darüber hinaus insbesondere, daß eine Umsch.-Jtung von einem Sollwert für den Startstrom auf einen Sollwert für den Normalbetriebsstrom von einer Spannungsabfrage über der Lichtbogenstrecke zwischen den Elektroden abhängig ist Eine solche Spannungsabfrage ist nicht nur schaltungstechnisch relativ aufwendig, sondern insbesondere funktionell störanfällig, weil die Spannung zwischen den Elektroden über den Betriebszustand des Lichtbogens relativ wenig aussagt. So ist beispielsweise jo bei überhaupt noch nicht stationär vorhandenem Lichtbogen die Spannungsinformation allein für den Betriebszustand wenig aussagekräftig. Die vorbekannte Schaltungsanordnung weist ferner einen Betriebsarten-Umschalter für Betrieb mit Wechselstrom-Lichtbogen j> oder mit Gleichstrom-Lichtbögen unterschiedlicher Polung auf. In sämtlichen Betriebsarten wird jedoch die Ansteuerung der Leistungsschaltglieder allein über eine Stromregelung vorgenommen, ohne die spezifischen Besonderhe^:ten der einzelnen Betriebsarten durch eine Beeinflussung der Strom-Spannungs-Kennlinie der Lichtbogen-Leistungsversorgung optimieren oder auch nur beeinflussen zu können. Als lonisierhilfe nach Aufbau des Lichtbogens bei Betriebsbeginn ist eine zusätzliche Schaltung vorgesehen, die nach Maßgabe eines Absrnkens der Lichtbogen-Spannung aufgrund Aufbaues des Lichtbogens bei Betriebsbeginn über ein Zeitschaltglied wirksam wird, um eine hinreichende Erhitzung der Wolfram-Elektrode im Falle des TIG-Schweißverfahrens zu sichern, ehe auf normale Arbeits-Betriebsbedingungen umgeschaltet wird. Auch diesbezüglich gilt wieder, daß die Orientierung an der Lichtbogen-Spannung störanfällig ist, weil insbesondere in der Phase des Betriebsbeginns Spannungsschwankungen auftreten können, die ohne Aussagekraft für die Stabilität des momentan vorliegenden Lichtbogens sind. Aus der CH-PS 5 11 485 ist eine Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung bekannt, bei der sowohl eine Stromistwert-Rückführung als auch eine Spannungsistwert-Rückführung vorgesehen ist, die beide auf einen Regler wirken, um ein Steuersignal zum Einstellen der Strom-Spannungs Charakteristik des Gleichstromes an die Leistungsschaltglieder abzugeben. Um die dabei sich einstellende Konstantpotential-Kennlinie in gewissen engen Grenzen variieren zu können, ist in der Stromistwert-Rückführung ein Abschwäoh-Potentiometer vorgesehen. Maßnahmen zur Überwindung der bei Betriebsbeginn auftretenden Schwierigkeiten im Aufbau eines stabilen Lichtbogens in Zusammenhang mit diesem Regler sind nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung gattungsgemäßer Art zu schaffen, die unabhängig von den in der Praxis mannigfaltig auftretenden Störeinflüssen und unabhängig von der gerade vorgegebenen Schweißstrom-Charakteristik in Hinblick auf das vorgesehene Schweißverfahren einen sicheren Aufbau eines stabilen Lichtbogens vor Übergang auf Betriebsbedingungen unter Vermeidung von Überlasterscheinungen an den Leistungsschaltgliedern gewährleistet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Schaltanordnung der gattungsgemäßen Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß sie mit den Merkmalen des kennzeichnenden Teils des Patentanspruches 1 ausgestattet ist.

Eine derart ausgestaltete Schaltungsanordnung führt zu stabilen Betriebsbedingungen insbesondere in der Phase zwischen Aufbau des Lichtbogens und Übergang auf Arbeitsbedingungen; denn schon vor Übergang auf stationäre Betriebsbedingungen wird der Lichtbogen-Strom vom Regler erfaßt, und erst dann, wenn der Lichtbogen-Strom über eine hinreichend lange Zeitspanne den vorgegebenen Wert aufweist, wenn also sich ein stationärer Lichtbogen eingestellt hat, erfolgt die Umschaltung auf einen Sollwert entsprechend den vorgegebenen Betriebsbedingungen. Die für die Stabilität eines Lichtbogens wenig aussagekräftigen Spannungsschwankungen über der Lichtbogenstrecke können die Phase des Aufbaues eines stabilen Lichtbogens nicht mehr nachteilig beeinflussen, weil nicht nur die Erfassung der Lichtbogen-Istbedingiingen nun aus dem Lichtbogen-Strom abgeleitet wird, sondern außerdem ein über dieses Kriterium angesteuertes Zeitglied das Ende der Aufbau-Phase bestimmt. Die gegenüber stationärem Lichtbogen-Strom somit noch verzögerte Umschaltung auf Arbeits-Betriebsbedingungen stellt also auch sicher, daß für die Funktion der Schaltung oder für die Qualität der Arbeit mit dem Lichtbogen zu Betriebsbeginn abträgliche Regelschwingungen nicht mehr auftreten. Insbesondere ist durch die Regelung des Lichtbogen-Stromes schon in der Phase des Lichtbogen-Aufbaues, also vor Übergang auf stationäre Betriebsbedingungen mit einer frei vorgebbaren Betriebs-Charakteristik, sichergestellt, daß die ganz erheblichen durch Schaltvorgänge ausgelösten Überspannungs-Wanderwellen oder I !ochfrequenzenergie-Einstreuungen weder in der Phase des Aufbaues des Lichtbogens, noch in der Übergangsphase auf Betriebsbedingungen störende Auswirkungen zeigen, und auch während Dauerbetriebes der Schaltungsanordnung nicht zu kritischer Beanspruchung der Leistungsschau glieder führen können. Dabei ist auch zu berücksichtigen, daß kurzzeitige Überbeanspruchungen durch Stoßwellen die schon zur Zerstörung von gesteuerten Siliziumgleichrichtern führen können, ohne durch herkömmlicher Sicherungen oder Trennschalter unterbunden werden zu können, insbesondere beim Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißen (GMAW oder MIG genannt) auftreten, wenn beispielsweise zu Betriebsbeginn besonders viel Schweißmaterial geschmolzen werden muß und dafür ein besonders starker Strom fließt. Aber nicht nu.* wegen der Zerstörung einzelner Leistungsschaltglieder sind solche Störerscheinungen unerwünscht, sondern auch wegen der möglichen Folge, daß unbemerkter Ausfall einzelner Leistungsschaltglie-

der zu einer fehlerhaften Schweißnaht bei Anwendung der Schaltungsanordnung zum Lichtbogenschweißen führt. Ohne daß eine Gefährdung funktionswesenllicher Bauteile oder eine Störung in der Aufbauphase des Lichtbogens eintritt, wird vielmehr mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung die Zeit überbrückt, die nötig ist, damit die Schweiße (Schweiß-Puddel) stabil genug wird, um wie gewünscht auf die Regelung zu reagieren.

Die Erfindung wird nun in nachstehender Eleschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild für eine Schaltungsanordnung zur Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung nach der Erfindung;

Fig. 2 und Fig. 2a detaillierte Blockschaltbilder /ur Realisierung einer Schaltung nach Fig. I.

Fig. 1 zeigt eine Lichtbogen-Leistungsversorgung 10

lintpr Rpniilyiinc* Apt FrfinHijna 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 14. Die Gleichrichteranordnung 14 weist ein Paar Ausgangsleitungen 15 und 16 auf, von denen die Ausgangsleitung 16 in Fig. I die Lastleitung mit negativer Polarität und die Ausgangs-Leitung 15 die Lastleitiing mit positiver Polarität ist.

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

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 23 ist unmittelbar auf Masse gelegt, wie es in F i g. I durch das Symbol für »Erdung« dargestellt ist. Die anderen Teiie der Schaltung (siene t-1 g. l und Za) sind an die gemeinsame Masseleitung der Schalteinrichtung angeschlossen, die in Fi g. 2 und in Fig. 2a durch das normalerweise für »Masseanschluß« benutzte Symbol dargestellt ist. Die oben erwähnten Anschlüsse der Leitungen 15 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 Anwendungsfälle des verdeckten Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißens (je nach dem jeweils benutzten Typ der ummantelten Elektrode 20). Für die übrigen Arten des verdeckten Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißens sowie für Schweißer! mit kurzem Lichtbogen und für Sprühübertragungsschweißen des Schutzgas-Metall-Lichtbogenschweißverfahrens wird die Leitung 15 normalerweise an die Elektrode 20, die Leitung 16 normalerweise an das Werkstück 23 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-Charakteristik der Leistungsversorgung 10 so eingestellt ist.

dann wird ein automatischer Ausgleich von Schwankun gen aufgrund Abstandsänderungen der Elektrode 2 zum Werkstück 23 erreicht.

Beim automatischen Betrieb des Gas-Wolfram-Licht bogenschweißverfahren ist im allgemeinen eine echt Konstant-Strom-Charakteristik der Strom-Spannungs Kennlinie erwünscht. Beim automatischen Betrieb win die Lichtbogenspannung normalerweise konstant gehiil ten. nämlich mittels besonderer Nachführvorrichtunge

ίο oder mittels eines zusätzlichen automalischen Lichtbo genspannungs-Steuergerätes, das die Elektrode 2 steuert, wie es z.B. im I'S-Patent 25 16 777 für ei Steuergerät für automatische Schweißköpfe beschrie ben ist.

Beim Sprühübertragungsbetrieb des Gas-Metall Lichtbogenschweißverfahrens (GMAW-MIG) wird di Strom-Spannungs-Charakleristik der Leistungsversor gung 10 normalerweise entweder auf eine echt

Charakteristik mit leicht abfallender Kennlinie. Bein Schutzgas-Metall-Lichtbogenscheißen mit kurzen Lichtbogen des GMAW-Verfahrens wird die Strom Spannungs-Charakteristik der Leistungsversorgung
normalerweise auf eine Kennlinie mit stärker abfallen

2") der Kennlinie eingestellt als beim Spirfjhübertragungs verfahren. Andererseits wird beim Metall-Lichtbogen Schweißen unter Schutzgas die Strom-Spannungs-Cha rakter^vtik zumeist ebenso eingestellt, wie bein Handbetrieb des GTAW (TIG)-Verfahrens bei Schwei

in Ben außerhalb der Position, und auf echten konstantei Strom für Schweißen in Wannenlage. Die Vorgab derartiger spezieller Charakteristiken ist in de deutschen Patentanmeldung P 24 33 275.0 beschrieben.

Die Lichtbogen-Leistungsversorgung 10, die al

J3 Blockschaltbild in Fig. 1 dargestellt ist, weist ei Sollwertstellglied 40 auf, dessen Einstellung nocl beschrieben wird und das an einen Summiereingang 42 eines Summier- und Filter-Verstärkers 42 angeschlosser ist. Ein Summiereingang 42c des Verstärkers 42 ist ai eine Stromistwert-Rückführschaltung 45 angeschlossen während ein dritter Summiereingang 42b des Verstär kers 42 von einer Spannungsistwert-Rückführschaltunj 4t> gespeist wird. Aut diese Weise reagiert dei Verstärker 42 auf die Summe aus Sollwertsignal, einen j einstellbaren Anteil des Stromistwert-Rückführsignale; und einem einstellbaren Anteil des Spannungsistwert Rückführsignales; er dient also als Regler.

Ein vierter Summiereingang 42c/ des Verstärkers 4: ist über einen Schalter 252 (siehe F i g. 2) an einet Impulsgenerator 250 angeschlossen. Für die momentane Schaltungsbeschreibung sei unterstellt, daß der T.haltei 252 geöffnet ist. Die Funktion des Impulsgenerators 25( wird weiter unten noch im einzelnen beschrieben.

Die Stromistwert-Rückführschaltung 45 erhält ih Stromistwert- oder Eingangs-Signal von einem Strom wandler oder Shunt 22, der ein Signal liefert, das den Strom durch die Ausgangs-Leitung 15 und damit den Lichtbogenstrom proportional ist Belastungswiderstän de 17 sind zwischen die Leitungen 15 und 16 geschaltet und die Spannungsistwert-Rückführschaltung 46 ist der Belastungswiderständen 17 parallel geschaltet, um eii Signal zu liefern, das proportional der Spannung übe dem Lichtbogen 26 ist

Die Rückführschaltungen 45 und 46 enthalten Potentiometer, die über eine mechanische Gleichlauf koppelung 47 zusammenwirken. Die Potentiomeier sind so miteinander zusammengekoppelt, daß bei Einstellen zum einen Endanschlag (z. B. im Uhrzeigersinne) das

SpaMiHiiigsistwert-Rückführsiginil auf tier Spiinnungv istwcrt-Rückführleitung 44 den Wert Null, gleichzeitig das Stromistwert Rückführsignal auf der Stromistwert· Kückfiihi leitung 43 maximalen Wert aufweist. Folglich wird am Ausgang 50 des Verstärkers 42 eine Signalspannung abgegeben, die proportional der Einstellung des Sollwcrtstellgliedes 40 ist. das im Falle diesel Einstellung den gewünschten Strom-Sollwert vorgibt.

Wenn andererseits die Gleichlaufkoppelung 47 zum LTi'gcgi'iigeset/ten Anschlug verdreht ist (im genannten Beispiel entgegen dem Uhrzeigersinn), dann ist das Stromistwert-Rückführsignal auf der Stromisiwcrt-Rückführlciliing 47 unterdrückt, während das Spannungsistwert-Rückführsignal auf der .Spannungsistwert-Rückführleitung 44 maximal wirksam wird. Folglich liefert der Ausgang des Verstärkers 42 eine Signalspannung. die proportional der Einstellung des Sollwertstellgiieiies 40 isi, das jei/i einen Spaiiniings-Soiiwen vorgibt.

Für Zwischeneinstellungcn der Cileichlaufkopplung 47 liefert der Ausgang 50 ein modifiziertes Signal, das proportional dem jeweiligen Sollwemignal für eine geeignete Kennlinie ist, die durch die gleichzeitig wirksamen Strom- und Spannungsistwcrt-Rückführsignale hervorgerufen wird.

Der Verstärker 42 bewirkt ferner eine Tiefpassfilterung, um die ansonsten hohen Schwankungsanteile in der Stromistwert-Rückführung, die auf den Summiereingang 42i' führt, und in der Spannungsistwcrt-Rückführ:..ig, die auf den Summiercingang 42b führt, 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. Der Ausgang des Verstärkers 52 führt über eine Überstromschutzschaltung 200 und steueri die Zündschaltung einer Zündeinheit 55. Die Zündeinheit 55 liefert in geeignetem zeitlichem Abstand aufeinanderfolgende Zündimpulse an eine Serie im Impulsbetrieb angesteuener Silizium-Eleichrichter (z. B. Thyristoren) im Gleichrichtersatz 14 als den Leistungsschaltgliedern. Die Überstromschutzschaltung 200 schützt die gesteuerten Siliziumgleichrichter vor zu großen kurzzeitigen Stoß-Wellen oder Ausgangsströmen. Insbesondere werden die Leistungsschaltglieder mit den gesteuerten Siliziumgleichrichtern nach einer Sicherheitsverzögerung abgeschaltet, wenn ein lang andauernder mäßiger Ausgangsstrom hervorgerufen wird. Die Überstromschutzschaltung 200 dient auch dazu, die Leistungsschaltglieder mit den gesteuerten Siliziumgleichrichtern innerhalb sehr kurzer Zeit abzuschalten, wenn der Anstieg des Ausgangsstromes zu steil wird.

Somit wird also durch Einschalten der Überstromschutzschaltung 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 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 Überstromschuizschaltung 200 sichergesieiii, da sie auf die Arbeitscharakteristik des besonderen gerade benutzten Gleichrichtersatzes 14 eingestellt werden kann.

I olglich liefert die Überstromschutzschaltung 200 einen besseren Schutz, als Sicherungen oder Trennschalter, wobei sie rasch wieder in Betricbsstellung rückgeschaltet werden kann, ohne kostspielige Totzeiten oder Bauelcnienieersatz zu erfordern.

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

Um die Inbetriebnahme der Leisiungsversorgung 10 zu unterstützen, ist ein Startschaltkreis 53 vorgesehen, der bei Beginn des Arbeitsbetriebes eine gesteuerte I.ichtbogen-F.ncrgie zur Verfügung stellt, um den Lichtbogen 26 leichter erzeugen zu können. Diese Staribedingung ist einsteiibar. um genügend Zeit für das Ausbilden des Lichtbogens zur Verfügung zu stellen, wofür eine .Steuercharakteristik vorgesehen ist, die dem Typ des anzuwendenden Schweißverfahrens angepaßt ist. Fs 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 und geschützt 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 antioarallel geschaltete Dioden vorgesehen, sogenannte Rücken-an-Rücken-Gleichrichterschaltungen, die vor die Eingänge der Operationsverstärker geschaltet sind, um die Eingangssignale auf die Knickspannung der Gleichrichter in Durchlaßrichtung zu begrenzen. Zusätzlich sind Kondensatoren benutzt, wo es zweckmäßig ist. eingefangene hochfrequente oder mittelfrequente Störenergie abzuleiten. Ferner sind Eingangs-Filterkondensatoren vorgesehen, um solche hochfrequente Energie abzuleiten und abzublokken, die in die Leistungsversorgung 10 auf zuführenden oder abgehenden Leitungen eingespeist werden könnte.

In Fig. 2 ist ein detailliertes Schaltbild zum Aufbau einer Leistungsversorgung 10 nach der Erfindung dargestellt, bei der der Mehrphasen-Schweißtransformator 12 beispielsweise eingangsseitig eine dreiphasige Dreieckschaltung 60 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 Primärschaltting 60 angeschlossen. Der gemeinsame oder Sternpunkt-Leiter 64 der Sekundärwicklung 62 ist über die Anschlußleitung oder Ausgangs-Leilung 15 und über den stromenassenden Shunt 22 an das Werkstück 23 angeschlossen. Das äußere Ende jeder Phasenwicklung der Sekundänvick-

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lung 62 ist über einen zugeordneten gesteuerten .Siliziumgleichrichter (SCR) 70,/-b. 7\;i-h, 72;i-b sowie über eine glättende und stabilisierende Drosselspule 67 end eine Zuleitung oder Ausgangs-Leitung 16 an die Elektrode 20 angeschlossen. Der Selbstinduktionswert und der Eigenwiderstand der Drosselspule 67 wird gemäß dem jeweils angewandten Schweißverfahren für opi malen 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 I· i g. 2 dargestellt ist. oder sie kann mit einer /weiten Stcuerwicklung versehen sein, so daß unterschiedliche Werte der Selbstinduktion für die unterschiedlichen Schweißbetriebsarten eingestellt werden können, l-'ür die Anpassung an bestimmte Anwendungsfälle können zusätzliche Widerstände zwischen der 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 zusammcngeschalictcn Sekundärwicklung 62 an gesteuerte Siliciumgleichrichter angeschlossen. So ist die Phase 62a an die gesteuerten Siliziiimgleichrichter 70a —b angeschlossen und dann über die Drosselspule 67 an die Ausgangs-Leitung 16 geführt. Die benachbarte Phase 62i> ist an ein entsprechendes Paar von gesteuerten Siliziumgleichrichtci η 72a — b angeschlossen. Jedes Paar dieser gesteuerten Siliziumgleichrichter 70a —6. 71a — b und 72.1—b ist ferner an die /ündcinheit 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 dir Phasenans'.euerung des Zündens der zugeordneten gesteuerten Siliciumgleichrichter bestimmt, wenn immer die Polarität der Spannung an dieser Wicklung den für das Leiten geeigneten Wert hat.

Beim GTAW-Verfahren ist es wünschenswert, eine vjiuiiuvcisur£ung /_ui v'ciiuguMg /u naDcn, die .~>CK'jndär-Hilfswicklungen 66a —cam Schweißtransformator 12 aufweist. Die Hilfswicklungen 66a—c sind in Dreiphasen-Dreiekschaltung zusammengeschaltct, und ihr Ausgang ist an einen Grundlast-Gleichrichter 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 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 Siüziumgleichrichter sicherstellt. Zum Beispiel kann die Zündeinheit 55 eine Zündschaltung sein, wie sie unter der Stücklisten-Nummer R 613F372 der Fa. Firing Circuit Inc. Norwalk. Connecticut, gefertigt und vertrieben wird.

Die Zündeinheit 55 wird über eine Steuerleitung 74 angesteuert, die über ein Potentiometer 75 zur Einstellung der Verstärkung an den Ausgang 77 des

Verstärkers 52 angeschlossen ist. Das Signal auf der Sicucrlcitung /4 bestimmt den jeweiligen Zeitpunkt innerhalb jeder Halbwolle, zu dem ein Zündinipuls auf einen bestimmten der gesteuerten Siliziumgleichrichter gegeben wird, und bestimmt damit die jeweilige Zeitspanne innerhalb der Phase, während der der gesteuerte Siliziiimgleichrichter 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 Stciiersnannung synchronisier', die an den jeweiligen gesteuerten Siliziiimgleichrichter gelegt ist. Das Zünden jedes gesteuerten Sili/iiimglcichrichters wird über das Eingangssignal auf der .Steuerleitung 74 beeinflußt, daß ein Maß des Strom-Rückführsignales ist. das seinerseits von der Stromistwert-Rückführschaltu'ig 45 abgegeben, sowie des Spannungsistwert-Rückführsignales. das von der Spanniings-Rüekführschaltung 46 abgegeben wird, die beide auf rlrn Siimmirr- Vnrslärlipr 42 gelangen und dadurch eine gewünschte Strom- und Spannungskennlinienneigung hervorrufen.

Der Mchrphasen-Schweißtransformator 12 kann auch andere Transformator-Schaltungen aufweisen, so etwa eine Dreieck-Drcieck-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 Strom abhängigen Signales hier ebenso anwendbar sind. Das in Fig. 2 obere Ende 22b des Shunt 22 ist über eine gemeinsame Masseleitung 80 an eine Zusammenschaltung je eines festen Anschlusses von Strom- und Spannungs-Istwert-Rückführ-Potcniiometern 82 bzw. 83 geführt. Die Masscleitung 80 ist Bezugspotential-Leitung für die gesamte elektronische Schaltung des Rückführkreises. Das untere F.nde22ades Shunt 22 ist über eine Leitung 84 an den anderen festen Anscniuu des .Mromistwert-Hotentiometers 82 gelührt. Auf diese Weise ist das Potentiometer 82 dem Shunt 22 parallelgeschaltet, und der für die Rückführung wirksame Anteil des Stromistwert-Rückführsignales wird vom Abgriff 82a des Potentiometers 82, bezogen auf das Potential der Masseleitung 80, abgegriffen. Dieses abgegriffene Stromistwert-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 eier Widerstände 90a—eist an den Summiereingang 42c, das andere Ende dieser Serienschaltung an den Summierpunkt 92 eines Operationsverstärkers 100 angeschlossen, der als verstärkendes Element den Summier- und Filter-Verstärker 42 enthält Das Rückkopplungsnetzwerk 102 des Operationsverstärkers 100 enthält Widerstände 103 bis 106 und Kondensatoren 108 bis 111. Die Werte dieser Widerstände und Kondensatoren als den Rückkoppel-Bauelementen sind in Verbindung mit den Werten der Widerstände SOa-c und der Kondensatoren 97a—b so ausgesucht, daß eine ausreichende Filterang des rückgeführten Anteiles des

Strom-Istwertsignales erfolgt. Diese Bauelemente sind ferner so ausgewählt, daß sie eine geeignete .Spannungsverstärkung erbringen, damit das Stromistwert-Riickführsignal mit den Spannungspcgeln, die an den Summiereingängen 42a, 426 und 42c/ anliegen, zusammenschaltbar ist. Die Spannungspegel an den Summiereingängen 42a—/uind 42c/können z. B. auf etwa IO Volt Maximalpegel eingestellt sein.

Für die Rückführung des Spannungsistwert-Signals ist eine Serienschaltung eines Potentiometers 176 und eines geeigneten Widerstandes 17a (zusammen bilden sie den I.aslwiderstand 17) zwischen dem anderen festen Anschluß des Potentiometers 83 und der Lastoder Ausgangs-Leilung 16 eingeschaltet. Auf diese Weise wirkt sich der Potentialunterschied zwischen den Last- oder Ausgangs-Leitungen 15—16 über der Serienschaltung der Widerstände 17a — b und 83 aus. wobei das wirksame Spannungsistwert-Rückführsignal am Ahariff K3-*» rjes Po^t.c^n|.!orn^pters 83 "cenübcr ^r.W'.}*. Bezugspoten.iai der Masscleitung 80 abgegriffen wird. >» Durch geeignete Einstellung des Abgriffes S3a wird der wirksame Anteil dieses rückgeführten Spannungsistwcrt-Signales auf einen Pegel eingestellt, der mit der Spannung vom Sollwertstellglied 40 verträglich ist. Das Spannungsistwert-Rückführsignal wird über einen Lei- r, ter 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 Serif geschaltet und an den Summierpunkt 92 angeschlossen sind, und die außerdem Kondensatoren 98a — b aufweist. Die Werte dieser Bauelemente des Wid^rstands-Kondensator-Netzwerkes sind im Hinblick auf die Widerstands-Kondensator-Kombination des Rückkopplungsnetzwerkes 102 so ausgewählt, daß bei Einheitsverstärkung eine geeignete r> I ilterung des rückgeführten Anteiles des Spannungsistwert-Signales erfolgt.

Für die Vorgabe des Sollwcrtsignales weist das Sollwertstellglied 40 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 % an den positiven Pol einer Spannungsquelle gelegt ist. Der Summiereingang 42a ist innerhalb des Verstärkers 42 an eine 4-, Eingangsbeschaltung 87 gelegt, die Widerstände 94a — c in Serie und Kondensatoren 99a — b aufweist. Die Werte dieser Bauelemente sind in Bezug auf die Werte der Bauelemente des Widerstands-Kondensator-Dimensionierung des Rückkopplungsnetzwerkes 102 so ausge- vi wählt, daß eine Übertragungsfunktion für das Sollwert-Signul erreicht wird, die dem Strom-Rückführsignal am Summiereingang 42c und dem Spannungs-Rückführsignal am Summiereingang 42h angepaßt ist.

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

Diejenigen Enden der Eingangsbeschaltungen, die den Summiereingängen 42c/, 42c, 426 und 42a abgewandt sind, sind am Summierpunkt zusammengeführt, <n der an den negativen Eingang des Operationsverstärkers 100 führt. Diese Eingangsbeschaltungen und das Rückkopplungsnetzwerk wirken derart zusammen, daß sie ein Butterworth-Füternetzwerk bilden.

Gegen Störeinflüsse am Verstärker 42 sind identische Dioden 160 und 161 /wischen den Summierpunkt 92 (also den invertierenden oder negativen Eingang} des Vcrstiirkcrs 100 und Masse gelegt, wobei diese Dioden 160 und 161 antiparallel zueinander geschaltet sind. Diese Dioden 160 und 161 werden dazu benutzt, zu verhindern, daß das angelegte Eingangssignal am Verstärker 100 den Wert übersteigt, der durch den

ίο Spannungsknick (Schwellspannung) in Vorwärtsrichtung der Dioden 160 und 161 gegeben ist. Zusätzlich ist noch ein Kondensator 162 zwischen dem Summierpunkt 92 und Masse eingeschaltet, um eingekoppelte Stör-Energie hoher und mittlerer Frequenz wirksam abzulei-

ii t'jn. die sich sonst am Eingang des Verstärkers 42 auswirken könnte. Ein Kondensator 165 kann zusätzlk h zwischen den Ausgang des Verstärkers 100 und Masse geschaltet sein, um auch hier hochfrequente Signale auf

Ein zusätzliches Eingangssignal kann von einem Abgriff einns Potentiometers 115 und über einen Widerstand 116 an den Summierpunkt 92 geführt werden, Ein fester Anschluß dieses Potentiometers 115 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 einstellbares Spannungsteiler-Netzwerk, das dazu dient, das untere Ende der Geberskala für dns 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 Sollwertstellgliedes 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 Uhrzeigersinn), dann ist ersichtlich der Abgriff 82a in seiner am weitesten von Massepotential entfernten Position, während der Abgriff 83a am weitesten nach Masse herangeschoben ist. Folglich ist die Stromistwert-Rückführung maximal und die Spannungsistwert-Rückführung minimal wirksam. Andererseits ist. wenn nämlich die mechanische Gleichlaüir;opplung 47 ganz noch links verstellt ist (entsprechend der maximalen Ein: ellung entgegen dem Uhrzeigersinn), der Abgriff -?.a am weitesten nach Masse hin verschoben, während der Abgriff 83a am weitesten davon entfernt ist. Folglich ist jetzt die Stromistwert Rückführung unterdrückt und die Spannungsistwert-Rückführung 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 Operationsverstärkers 100 führt. Der positive Eingang des Operationsverstärkers 125 ist über einen Widerstand 123 an Masse geschaltet. Dioden 166 und 167, entsprechend den Dioden 160, 161 sind wieder antiparallel zwischen den negativen Eingang des Operationsverstärkers 125 und Masse geschaltet, um Eingangssignale vor jenem Verstärker daran zu hindern, über den Spannungswert entsprechend der Schwellwertspannung in Durchlaßrichtung der Dioden 160, 161 anzusteigen. Ein Kondensator 170 ist zwischen den Au^ang des Operationsverstärkers 125 und Masse geschaltet, um hochfrequente Signaikomponenten 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 130, 130a und einer. Widerstand 131. 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 Operationsverstärkers 100 auftritt, dann lädt sich der Kondensator 130 in der Richtung auf, daß to 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 Rücldührkreises 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 notwendig, die Integrationszeit des Operationsverstärkers 125 zu ändern. 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 unter- J3 stützen. Verständlicher Weise 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 *o jedoch einmal der Lichtbogen 26 erzeugt wurde, ist es notwendig, den Schweißstrom auf seinen normalerweise gewünschten Wert zu reduzieren, der vom Sollwertstellglied 40 vorgegeben ist.

Um diesen Start-Schweißstrom zu erzielen, ist eine ■»' Stromistwert-Rückführung über die Leitung 84 und eine Leitung 130 sowie über einen Widerstand 132 an den negativen Eingang 135a eines Operationsverstärkers 135 vorgesehen. Diese Stromistwert-Rückführung bewirkt ein wirksames negatives Potential am Eingang >o 132a. Der Eingang 135a ist ferner über ein Spannungsteiler-Netzwerk 136 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 v> Potentials, das von der Stromistwert-Rückführung 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 *o schaltet damit einen Schaltiransistor 140 ein. Der Kollektor des Transistors 140 ist an ein Relais 142 angeschlossen, dessen normalerweise geschlossener Kontaktsatz 142.1 zwischen einem Abgriff eines Potentiometers 144 und einer Diode 145 liegt. Wie in ¹^ F i g. 2 dargestellt ist dieser Schaltkreis zwischen Eingang und Ausgang des Operationsverstärkers 125 eingeschaltet, wodurch für diesen Operationsverstärker 125 ein Begrenzen seines Ausgangssignales erfolgt

Es wird zu Betriebsbeginn das Relais 142 entregt, und der normalerweise geschlossene Kontaktsatz 142i bewirkt, daß die Einstellung des Potentiometers 144 für den Anfangs-Schweißstrom am Eingang des Verstärkers 125 wirksam wird. Diese Vorgabe wirkt auf die Zündeinheil 55 und führt auf den vorgegebenen Wen der Startspannung. Dieser vorgegebene Wert kann größer sein, als ein Spannungswert für Normalbetrieb Wenn der Schweiß- oder Lichtbogenstrom so weil angestiegen ist, daß am Eingang 135a des Verstärkers 135 ein Potential ansteht, das größer ist, als die vorgegebene Spannung vom Spannungsteiler-Netzwerk 136, dann wird der Transistor 140 durchgeschaltei und somit das Relais 142 erregt, so daß dessen Kontaktsatz 142a geöffnet wird. Mit geöffneter Kontakten 142a wird die Vorgabe für Schweißbeginr abgeschaltet, und der Verstärker 52 arbeitet fortan im Normalbetrieb.

Bei der vorbeschriebenen Betriebsweise kann dei Lichtbogen 26 jedoch noch abträgliche Effekte hervorrufen, insbesondere bezüglich der Zuverlässigkeit dei Funktion der Rückführschaltung. Beispielsweise bedingen der Typ des Schutzgases, das im Lichtbogen benutz! wird, das gerade angewandte Schweißverfahren und dei Zustand bzw. das Vorhandensein einer geschmolzener Schweißmaterial-Puddel eine Veränderung der Steuerbedingungen. So kann, wenn die Rückführung da! positive Start-Bezugspotential das vom Netzwerk 136 gestellt wird, übersteigt, der Lichtbogen 26 noch nichl voll ausgebildet sind, und es kann also zu früh sein, jetzi schon auf normalen Schweißbetrieb überzugehen Dementsprechend ist, um ein Absinken der Rückführung mit einem daraus resultierenden Einstellen eine; Startniveaus (Schwingen) zu vermeiden, als Zeitschaltglied ein Kondensatorschaltkreis zwischen dem Ausgang des Verstärkers 135 und Masse vorgesehen. Diese Kondensatorschaltung kann einen Umschalter 179 mil mehreren Schaltstellungen aufweisen, mittels dessen einer der zeitbestimmenden Kondensatoren 180 bis 182 auswählbar ist. Die Werte dieser zeitbestimmender Kondensatoren sind so vorgegeben, daß eine gewünschte Zeitverzögerung hervorgerufen wird. Insbesondere verhindert der jeweils angewählte Kondensator 180 bis 182 ein Umschalten des Transistors 140 (und damit ein Ansteuern des Relais 142), bis der angewählte Kondensator 180 bis 182 voll geladen ist. Diese Ladezeil hängt von der Kapazität des Kondensators ab.

Eine zusätzliche Zeitverzögerung wird durch einer Kondensator 185 erzielt, der über das Relais 142 geschaltet ist. Dieser Kondensator 185 verhindert, daO das Relais 142 entregt wird, wenn nur ein kurzzeitige: Verlöschen des Lichtbogens 26 auftritt. Insbesondere würde das, bei irrtümlichem oder kurzzeitigem Verlösehen des Lichtbogens, ein Abschalten des Transistor« 140 bewirken, mit der Folge des Einsetzens einei Entregung des Relais 142. Jedoch bewirkt dei Kondensator 185, daß das Relais 142 weiterhin über die kurze Zeitspanne, in der womöglich sogar dei Transistor 140 abgeschaltet ist, erregt bleibt.

Auf diese Weise ist eine Start-Soliwertsignal-Vorga be geschaffen, die mittels der anwählbaren zeitbestim mendcn Kondensatoren 180 bis 182 eine hinreichend« 7citspanne lang sicherstellt, so daß der Schweiß-Licht bogen 26 sich ausbildet.

Als weitere Schutzeinrichtung gegen Störeinflüssc sind häufig zueinander identische Dioden 172 und 17.· zwischen den negativen t'ingang M5«i und Mass<

geschaltet, wobei diese Dioden 172, 173 wieder antiparallel angeordnet sind. Diese Dioden werden also in gleicher Weise benutzt, wie die Dioden 560, 161, nämlich um zu verhindern, daß das ankommende Signal am Verstärker 135 einen Spannungswert überschreitet, der durch die Knick- oder Schwellspannung der in Vorwärtsrichtung betriebenen Dioden gegeben ist

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

Hierfür wird das Stromistwert-Rückführsignal von der Leitung 84 über einen Leiter 84a (Fig.2) und Eingangswiderstände 202 und 203 (F i g. 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 2Ü in Serie geschaltet und diese Serienschaltung ist zwischen eine positive Einspeisung der Masse gelegt Das Stvomistwert-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 2©5a wirksam ist

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 2206 eines Operationsverstärkers 220 geführt der als Komparator arbeitet. Der positive Eingang 220a dieses Operations-Verstärkers 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 220 negativ, und dieses Ausgangsignal wird über eine Diode 225 abgeblockt. Die Diode 225 ist über einen Widerstand 230 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 seinen Kontakt 243a schließt. Die Kathode des gesteuerten Siliziumgleichrichters 232 ist über einen beliebigen und normalerweise geschlossenen Rücksetzschalter 241 a an Masse gelegt. Bei Normalbetrieb ist der gesteuerte Siliziumgleichrichter 232 stromlos und folglich das Relais 240 entregt, und dessen normalerweise geschlossenen Kontakte 2406 bewirken, daß normalerweise der Ausgang des Verstärkers 52 an die ZUndeinheil 55 angeschlossen ist (Fig.2). Der normalerweise geöffnete Kontakt 240a bewirkt, wenn er geschlossen wird, eine Erdung der Zündeinheit 55, bzw. ihre Verbindung mit Masse, wodurch sie außer Betrieb gesetzt wird. Wenn die Stromistwert-Rückführung ein negatives Potential am Hingang 205a hervorruft, dessen Wert größer ist, als der des positiven Potentials des Spannungsteilers, dann strebt der Ausgang 214 positivem Potential zu. Folglich 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 Potantial am Ausgang 214 steigt schnell an. Der Kondensator 212 ist so ausgewählt daß er eine Ladezeitkonstante entsprechend der Stromzeitkonstante der gesteuerten Siliziumgleichrichter des Gleichrichtersatzes 14 aufweist

Wenn der Kondensator 212 sich auflädt dann steigt am Ausgang 214 und am Eingang 2206 das positive Potantial an, bis dieses positive Potential grö2-3«r 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 2206 größer als das Bezugspotential ist dann wird das Relais 240 nicht angesteuert Mit anderen Worten: Wenn die Stromistwert-Rückführung der Stoßwelle nicht lang genug aufrechterhalten bleibt um den Kondensator 212 auf eine Spannung aufzuladen, die größer als die Bezugsspannung ist, dann wird das Relais 240 nicht betätigt Auf diese Weise kann eine hohe Oberstrom-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 steht 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. Folglich ist der wirksame Oberstrom-Schutzwert durch das Potentiometer 209 eingestellt Wenn die Stromistwert-Rückführung ein Potential am Eingang 205a hervorruft, das die Vorgabe überschreitet dann wird das Relais 240 wieder betätigt.

Um den geeigneten Kapazitätswert des Kondensators 212 auswählen zu können wird eine typische Kurve eines geteuerten Siliziumgleichrichters 70a—70b aufgenommen, und die kritischen Punkte der Zeit-Strom-Charakteristik der gesteuerten Siliziumgleichrichter 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.

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 (Jberntromschut/.schaltung 200 nach I- i g. 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 Zündeirheit 55 außer Betrieb gesetzt wurde. Über den Schalter 241, der an geeigneter, auch räumlich entfernter Stelle angeord-

net ist, kann das Relais 243 vorübergehend entregt werden, so daß die Kontakte 243a öffnen und dadurch der gezündete gesteuerte Stlizjumgleichrichter 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 241a 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 F i g. 1 und F i g. 2 dargestellte Impulsgenerator 250 liefert eine Folge von Impulsen an die Eingangsbeschaltung 86, also an das Butterwonh-Filter, und hierü&tr an den Summierpunkt 92, 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 Siliziumgleichrichter im Gleichrichtersatz 14 so gesteuert wird, daß dadurch deren Einschaltzeit und die Abschaltzeit und folglich die Stärke des resultierenden Schweiß-Stromes variiert werden.

Zweck 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 ein Ausführungsbeispiel ei.« 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 Spannungs-Istwert-Rückführung 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 260 und 261 sowie Potentiometer 262 bzw. 263 an seinen negativen Eingang geschaltet Zusätzlich ist dieser Eingang, wie in F ι g. 2 dargestellt sowohl über Dioden 265a—b als auch über Kondensatoren 266a—b an Masse geschaltet Der positive Eingang des Operationsverstärkers ist über einen Wahlschalter 275 an den Abgriff eines Poientiometers 270 geschaltet dessen eines Ende mit dem Ausgang des Operationsverstärkers 255 verbunden ist Auf diese Weise kann die Impulsfrequenz mittels der Potentiometer 262, 263 gewählt werden, während die Pulsamplitude mittels des Wahlschalters 275 eingestellt werden kann, der entweder die in Fig.2 dargestellte 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.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (15)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung für eine Gleichstrom-Lichtbogen-Leistungsversorgung, insbesondere zum Schweißen, von der zu Betriebsbeginn ein Start-Gleichstrom zum Aufbau des Lichtbogens zwischen einem Elektroden-Paar abgegeben wird, mit Leistungsschaltgliedern zur Abgabe des Gleichstroms an die Elektroden, einem Sollwertstellglied zur Abgabe eines Sollwertes für den Gleichstrom, einem ι ο Wandler zum Erfassen des Gleichstromistwertes und zum Abgeben eines Stromistwert-Rückführsignals, einem Regler, der den Leistungsschaltgliedem vorgeschaltet ist, um ein Steuersignal an die Leistungsschaltglieder abzugeben, ferner mit einem Start-Sollwertgeber zum Erzeugen eines Start-Sollwertsignales zwecks Beeinflussung des Steuersignales zu Betriebsbeginn zum Erzeugen eines Gleichstromes, der von dem Strom-Sollwert während des Normalhetriebs abweicht, mit einem Wandler, zum Erfassen der Spannung zwischen den Elektroden, und mit einem Zeitschaltglied, das die Dauer einer Betriebsbeginn-Hilfsbedingung bestimmt, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler zum Erfassen der Spannung zwischen den Elektroden (20,23) zunächst ein Spannungs-Rückffihrsignal auf den Regler gibt, um ein Steuersignal zum Einstellen der Strom-Spannungs-Charakteristik des Gleichstromes an die Leistungsschaltglieder abzugeben, und daß ein gesonderter Startschaltkreis (53) für » den Vergleich des Stromistwert-Rückführsignales mit dem Start-Sollwertsignal zwecks selbsttätiger Beeinflussung des Szeuersig/iales vorgesehen ist, wobei ein im Startsch?Jtkreis (53) befindliches Zeitschaltglied das Umschalte. 1 des Gleichstromes auf den für Normalbetrieb vorgesehenen Wert solange verzögert, bis nach Anstieg des Stromistwert-Rückführsignales auf einen vorgesehenen Wert bezüglich des Start-Sollwertsignales eine einstellbare Zeitspanne abgelaufen ist ίο

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Startschaltkreis (53) einen Verstärker (135) mit einem an den Wandler zürn Erfassen des Gleichstromistwertes angeschlossenen Eingang und einem auf ein Relais (142) führenden *5 Ausgang aufweist, wobei an einen Kontaktsatz (\42a) dieses Relais (142) und an den Regler der Start-Sollwertgeber (Potentiometer 144) angeschlossen ist, um das Steuersignal zu beeinflussen.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß das Zeitschaltglied eine Zeitverzögerungsschaltung mit einem Umschalter (179) in einem Erregerkreis für das Relais (142) zum Einstellen des gewünschten Zeitverzögerupgswcrtes über Einschalten eines einer Vielzahl unterschiedlich >5 bemessener Kondensatoren (180,181,182) ist

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Relais (142) eine Erregerspule mit einem parallel-geschalteten Kondensator (185) mit Verzögerungsschaltung gegen die *° Wirkung kurzzeitiger Erregung bei kurzzeitigem Lichtbogen-Ausfall aufweist.

5. Schaltungsanordnung nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler zusätzlich einen in einer ersten Rückführung mil Integrier-Kondensatoren (130, 130a; beschalteten Operationsverstärker (125) zur Abgabe des Steuersignals aufweist, der in einer zweiten Rückführung den bei Betriebsbeginn an seinem Eingang wirksamen Start-Sollwertgeber (Potentiometer 144) aufweist,

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Rückführung unterschiedlich dimensionierte integrier-Kondensaioren (130, 13OaJ je nach dem für ein vorgesehenes Schweißverfahren zu wählenden Übertragungsverhalten einschaltbar sind.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den Istwert-Wandlern je ein für den Regler wirksamer Anteil des Spannungsistwert- und des Stromistwert-Rückführsignales abgreifbar ist und eine Schutzsignal-Geberschaltung sowie eine Überstrom-Schutzschaltung für einen Vergleich jenes abgegriffenen Anteils des Stromistwert-Rückführsignales mit dem Schutzsignal zum Abschalten der Leistungsschaltglieder vorgesehen ist, wenn der einstellbare Anteil des Stromistwert-Rückführsignales über eine vorgegebene Zeitspanne hinweg einen größeren Wert als das Schutzsignal aufweist

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die Oberstrom-Schutzschaltung (200) einen Integrator aufweist, der mit dem abgegriffenen Anteil des Stromistwert-Rückführsignales beaufschlagt ist und eine Zeitkonstante entsprechend der Zeit-Strom-Charakteristik der Leistungsschaltglieder aufweist

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet daß eine Umschalt-Steuerung am Ausgang des Integrators vorgesehen ist, die bei Erscheinen eines hohen Stoßwellenstromes mit bezogen auf die Zeitkonstante des Integrators (Integrationszeit) kurzer Dauer abgeschaltet bleibt aber umschaltet wenn ein über diese Zeitspanne hinweg anstehender Stoßweilenstrom auftritt.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet daß ein Relais (240) zum Abschalten der Leistungsschahglieder der Umschaltsteuerung nachgeschaltet ist

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet daß eine nach Abschaltung der Leistungsschaltglieder wirksam werdende Rücksetzschaltung für die Überstrom-Schutzschaltung (200) vorgesehen ist, die auf die Umschaltsteuerung abschaltend einwirkt

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Regler eingangsseitig mit Stromtor-Steuerimpulsen für die Leistungsschaltglieder beaufschlagt ist

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß für eine Folge von Impulsen vorgegebener Dauer, Folgefrequenz und Amplitude am Regler-Eingang ein Impulsgenerator (250) mit variierbarer Pulsfolgefrequenz und Pulsamplitude vorgesehen ist

14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12 oder 13, daß die Leistungsschaltglieder einen Gleichrichtersatz (14) aus gesteuertem Siliziumgleichrichtern (70, 71, 72) für den Wechselstrom aus einer Leistungsquelle (11) sowie eine Zündeinheit (55) aufweisen, deren Ausgangs-Ziindimpulse für Ansteuerung des Gleichrichtersatzes (14) von der Regleransteuerung beeinflußt ist.

15. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dali

Abgriffe für die Stromistweri- und Spannungsistwert-Rückführsignale und eine auf beide Angriffe gleichzeitig, stetig und kontinuierlich einwirkende Verstellvorrichtung zur Strom-Spannungs-Charakteristik-Vorgabe bzw. Einstellung einer Konstant-Spannungs-Charakteristik vorgesehen sind.