DE2550278B2 - Elektrodenvorschubsteuerung einer Lichtbogen-Schweißmaschine - Google Patents
Elektrodenvorschubsteuerung einer Lichtbogen-SchweißmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Elektrodenvorschubes
einer Lichtbogen-Schweißmaschine beim Zünden und Schweißen, mit einem auf Antrieb oder
Bremsung und in der Drehrichtung umschaltbaren Gleichstrom-Motor für den Vorschub eines abschmelzenden
Elektrodendrahtes.
Mit großem Vorteil ist die Erfindung beim elektrischen
Lichtbogen-Schweißen mit veränderlicher Spannung anwendbar, d.h. unter Verwendung einer
Schweißstromquelle mit abfallender Spannungs-Strom-Kennlinie, obwohl hervorzuheben ist, daß die Erfindung
auch in anderen Bereichen Verwendung finden kann, in gewissen Fällen z. B. für das Schweißen mit konstanter
Spannung. Im folgenden wird der Anmeldungsgegenstand in Verbindung mit dem automatischen Lichtbogen-Schweißen
bei veränderlicher Spannung beschrieben.
Um vor Beginn der Schweißarbeit zunächst die Elektrode mit dem Werkstück in Berührung zu bringen,
wird herkömmlicherweise eine elektromechanische Vorschubeinrichtung in Gang gesetzt, welche beim sog.
Kaltanlauf die Elektrode bis zur Berührung und elektrischen Kontaktgabe mit dem Werkstück vorfährt
und dann anhält, bevor sie einen zu großen Anpreßdruck auf das Werkstück ausüben kann, worauf diese
Bereitschaftsposition unverändert bleibt, bis ein Anlaufschalter betätigt wird, durch den Spannung an die
Elektrode angelegt und der Lichtbogen erzeugt wird. Anschließend bewegt der Vorschubmotor die Elektrode
auf das Werkstück zu.
Beim sog. Heißanlauf wird der Schweißvorgang dadurch eingeleitet daß die von der Schweißstromquelle
mit voller Spannung beaufschlagte Elektrode auf das Werkstück zugefahren und bei der Berührung der
Schweißlichtbogen gezündet wird.
Die Geschwindigkeit, mit welcher die Elektrode während des Schweißvorganges auf das Werkstück zu
bewegt wird, ist voreinstellbar. Beim Schweißen mit konstanter Spannung fährt die Elektrode mit konstanter
Geschwindigkeit vor, während beim Schweißen mit veränderlicher Spannung der Elektrodenvorschub je
nach Änderung der Lichtbogenspannung verschieden rasch erfolgt.
Der Schweißvorgang muß in einer dieser beiden Betriebsarten durchgeführt werden; außerordentlich
kritisch ist dabei das Herstellen des Lichtbogens. In der Anlaufzeit findet nämlich der Obergang der Elektroden-Abschmelzgeschwindigkeit von Null bis zum voreingestellten Nennwert statt.
Bei herkömmlichen Schaltungsanordnungen hat man den Vorschubmotor über den Anker-Stromkreis gesteuert, während der Feld-Stromkreis ständig mit
konstanter, einsinniger Gleichspannung gespeist wurde. Gemäß der DE-PS 9 52 375 läuft der Anker in der einen
Drehrichtung um, wenn ein Thyratron leitet; v>ird dieses abgeschaltet und ein zweites Thyratron geöffnet, so
wird lediglich der Anker-Drehsinn umgekehrt, jedoch keine eigentliche Bremsung durchgeführt, die zuerst
einen Stillstand des Motors herbeiführen könnte. Ohne sehr aufwendige und kritische Steuerungselemente
wäre es mit der Schaltungsanordnung nach dieser Druckschrift ganz unmöglich, die Elektrode bei leichter
Berührung des Werkstücks anzuhalten, da ja in diesem Augenblick der Anker bereits in entgegengesetzter
Drehrichtung beschleunigt würde.
Eine in der DE-AS 10 65 965 beschriebene Schaltungsanordnung steuert den Vorschubmotor ebenfalls
über den Ankerkreis bei ständig mit Gleichspannung beaufschlagter Feldwicklung. Die an dem in einer
Drehrichtung umlaufenden Anker liegende Spannung wird zur Abbremsung unterbrochen, indem ein Relais
umgeschaltet wird; dann erfolgt zwar eine dynamische Bremsung über einen Widerstand, doch erfordert diese
Umschaltung durch öffnen von Arbeitskontakten und Schließen von Ruhekontakten eine gewisse, nicht
vernachlässigbare Zeitdauer. Sowohl das Abbremsen als auch erst recht der Anlauf in Gegenrichtung folgt
daher mit einer merklichen Verzögerung, wodurch das Zünden und Aufrechterhalten des Lichtbogens sowie
die Schweißarbeit selbst empfindlich beeinträchtigt werden kann.
Es ist Aufgabe der Erfindung, unter Überwindung der Nachteile des Standes der Technik eine Schaltungsanordnung zur Steuerung des Elektrodenvorschubes einer
Lichtbogen-Schweißmaschine zu schaffen, mit der ein verbesserter Kalt- und Heißanlauf möglich ist, namentlich wenn eine Schweißstromquelle mit veränderlicher
Spannung benutzt wird, indem die Elektrode durch den gesteuerten Antriebsmotor zunächst bis zu leichter
Berührung des Werkstücks bewegbar ist, worauf der Motor selbsttätig gebremst sowie rasch umgesteuert
und die Elektrode in einen den Schweißlichtbogen stabilhaltenden Abstand zum Werkstück gefahren wird.
Bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß zur
Speisung der Ankerwicklung eine Einrichtung mit gerichteter Polarität vorgesehen ist, die jener einer zur
Ankerwicklung parallelgeschalteten Diode entspricht, und daß eine Einrichtung zur Umkehrung der
Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung vorhanden ist, mit der bei an Spannung liegender Ankerwicklung die
Drehrichtung des Motors umkehrbar und bei spannungsloser Ankerwicklung sowie umgekehrter Magnet
feldrichtung eine dynamische Bremsung ausführbar ist
Die Erfindung ermöglicht es, den Elektrodenvorschub
während des Anlaufübergangs in solcher Weise zu steuern, daß sowohl die Vorschubrichtung als auch die
Geschwindigkeit des Elektrodenvorschubes den Obergangs-Abschmelzbedingungen während der Anlaufperiode möglichst genau entspricht Die dazu vorgesehene
Schaltungsanordnung für die Steuerung des Antriebsmotors kann als Festkörperschaltung ausgebildet sein
ίο und sich weiterer elektronischer Steuerungsmittel
bedienen, insbesondere logischer Schaltungselemente bzw. -gruppen, optisch gekoppelter Richtleiter, Impulsübertrager, Vollweg-Brückengleichrichter, Zenerdioden, Unijunctiontransistoren usw., welche die automati-
sehe Steuerung durch Erzeugung von elektrischen Schaltsignalen in Abhängigkeit von Steuersignalen
unterstützen, die bei dem Funktionsablauf auftreten.
Der Elektroden-Vorschubmotor ist hier als Nebenschlußmotor ausgebildet, wobei der Anker wahlweise
mit einsinnig gerichteter Spannung und die Feldwicklung wahlweise mit umkehrbarer Spannung beaufschlagt werden kann. Zwar läßt sich der US-PS
36 11 093 eine Schaltungsanordnung zum Umsteuern eines Gleichstrom-Motors über die Feldwicklung
> entnehmen, doch liegt hierbei am Anker während des Umsteuerungsvorganges eine Spannung an. Es fehlt
nämlich eine Sperrdiode, die bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung parallel zum Anker vorgesehen
ist und nur Strom durchläßt, wenn der Motor laufen soll
in bzw. läuft. Der Anker kann daher erfindungsgemäß
abgeschaltet sein, während an der Feldwicklung weiterhin Spannung anliegt. Sobald der Anker spannungslos ist, wird er bei umgekehrter Magnetfeldrichtung selbsttätig dynamisch gebremst. Dies geht nicht
f> nur vollautomatisch, sondern auch ohne jede Verzögerung vor sich, d. h. allenfalls in der für die Dioden-Umkehr benötigten, extrem kurzen Zeit. Außerdem hört die
Bremswirkung sofort auf, wenn der Motor steht, und es ist keinerlei weitere Regelung oder (Zeit-)Steuerung
w notwendig, um ein Überschwingen bzw. einen entgegengesetzten Anlauf zu verhindern.
Für den Kaltanlauf sieht eine Ausgestaltung der Erfindung die Erzeugung eines Niederspannungs-Abtastsignals zwischen der Elektrode und dem Werkstück
π vor; in dem Augenblick, in dem die Elektrode das
Werkstück berührt und diese Abtastspannung kurzschließt, wird sowohl die Ankerspannung abgeschaltet
als auch die Magnetfeldrichtung umgekehrt, so daß der Elektroden-Vorschubmotor dynamisch abgebremst
κι wird und die Elektrodenspitze das Werkstück nur sanft
berührt. Stehen dann die Elektrode und der Motoranker wieder unter Spannung, so wird die Elektrode zunächst
vom Werkstück abgezogen und dadurch der Lichtbogen gebildet.
rn Eine Weiterbildung der Erfindung ermöglicht auch
den Heißanlauf für das Schweißen mit veränderlicher Spannung, indem nach Betätigung des Anlaufschalters
die Motordrehzahl begrenzt wird, bevor die Elektrode an dem Werkstück zur Anlage kommt. Darüber hinaus
<><> ist es möglich, die Drehzahl des Vorschubmotors
proportional zu der zwischen Elektrode und Werkstück bestehenden Spannung zu halten.
Mit weiter unten erläuterten Mitteln kann ferner die Motordrehzahl begrenzt und der Drehsinn auch
h> kurzzeitig umgesteuert werden, nachdem die Elektrode
das Werkstück berührt hat und bevor der Lichtbogen stabil geworden ist. So läßt sich der Lichtbogen mit der
erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung besser her-
stellen als gemäß den obenerwähnten Schriften, indem
— was nach dem Stand der Technik nicht möglich war
— die Elektrode nach der Zündung vom ursprünglichen Zustand der Berührung mit dem Werkstück ein (kleines)
Stück zurückgefahren wird, um den Lichtbogen in Gang zu bringen, worauf der Elektrodenvorschub zum
Werkstück hin mit der vorgegebenen Schweißgeschwindigkeit erfolgt. Hierbei wird der Anlauf-Übergang
der Abschmelzgeschwindigkeit in vorteilhafter Weise zur erleichterten Zündung und Stabilisierung des
Lichtbogens ausgenutzt.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert. Deren einzige Figur zeigt ein
Schaltschema eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Steueranordnung für eine Lichtbogen-Schweißmaschine,
wobei zwei Baugruppen der Einfachheit halber schematisch als Blöcke gezeichnet sind.
Im Ausführungsbeispiel der Figur sind eine Schweiß-Elektrode E und ein Werkstück W mit einer (nicht
dargestellten) Schweißstromquelle verbunden. Ein Elektroden-Vorschubmotor
M besitzt einen Anker MA und eine Feldwicklung AiF. Die Motorkonstruktion kann
herkömmlicher Art sein. Die Steuerungsanordnung gemäß der Figur umfaßt eine Motorsteuerung MC,
einen Logiksteuerteil LC, einen Langsamgang-Schalter IDS, einen Anlaufschalter STS, einen Stoppschalter
SPS, einen Schnellgang-Schalter IUS sowie verschiedene Schaltelemente und -gruppen für die Spannungsspeisung
und die Signalzuführung.
Die Motors'. :uerschaltung, welche in an sich bekannter Weise ausgeführt sein kann, enthält elektrische
Bauelemente, die durch ein Motorlaufsignal bzw. ein Ankerspannungssignal derart beaufschlagbar sind, daß
der Motoranker MA erregt wird. Ferner sind Schaltglieder vorhanden, die in Abhängigkeit von einem
Abtastsignal bzw. von der Schweißbogen-Steuerspannung ASS die Ankerspannung proportional zu der
Lichtbogenspannung verändern. Ein Schweißvorschubsignal IWS beeinflußt weitere Schaltelemente, die eine
Umsteuerung von einem vorgegebenen langsamen Elektrodenvorschub auf die Arbeitsgeschwindigkeit
bewirken, welche der Spannung des stabilen Schweißlichtbogens entspricht. Schließlich weist die Motorsteuerung
MC eine Freilaufdiode D103 auf, die parallel
zur Ankerwicklung MA liegt und eine dynamische Bremsung sowie die Abschaltung von siliziumgesteuerten
Gleichrichtern ermöglicht.
Der Aufbau des Logiksteuerteils LC kann in einer gebräuchlichen Bauweise erfolgen. Seine Eingangssignale
bzw. -spannungen sind die folgenden: Langsamgangsignal IDV, Anlaufsignal 57V, Stoppsignal 5PV,
Schwellenspannung VTS, Schweißspannungs-Steuersignal WSV. Die folgenden Signale bzw. Spannungen
werden am Ausgang des Logiksteuerteils LC wirksam: Motorlaufsignal MRS, Drehsinnsignal MDS, Speisespannungs-Schaltsignal
PSV, Schweißvorschubsignal TWS.
Zur Speisung der Motorfeldwicklung AfF ist eine
Wechselspannungsquelle von beispielsweise 110 V, ein
Widerstand RiOi und ein Halbwellen-Gleichrichter
vorgesehen, der zwei einander entgegengeschaltete gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR 101 und 5CR102
sowie einen Glättungskondensator C102 aufweist Die Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung MF hängt
davon ab, welcher der beiden gesteuerten Silizium-Gleichrichter leitend ist, die durch Impulsübertrager
Ρ7Ί04 bzw. PT105 gezündet werden, wenn diese
Spannungsimpulse erhalten, die von einem Unijunction-Transistor QL) 101 in einer Kippschaltung erzeugt
werden. Dieser schwingt mit verhältnismäßig hoher Frequenz, die durch einen Kondensator C116 sowie
durch Widerstände ft 119, R120 bestimmt ist und
benötigt wird, um den betreffenden gesteuerten Silizium-Gleichrichter SCR 101 bzw. SCR 102 in jeder
Halbwelle so früh wie möglich aufzutakten. Mit den Primärwicklungen der Impulsübertrager PT 104 und
Ρ7Ί05 sind Transistoren ζ) 106 bzw. Q107 in Reihe
geschaltet, die dazu dienen, die Ein- und Ausschaltung zu steuern; einer dieser beiden Transistoren ist jeweils
leitend, doch sind nie beide Transistoren gleichzeitig leitend oder gleichzeitig gesperrt.
Das Drehsinnsignal MDS ist normalerweise niedrig. In der gezeichneten Schaltung sind daher die Transistoren
O iO8 und Q106 zunächst gesperrt, während Q10?
leitet, so daß der Impulsübertrager PT 105 Strom führt und der gesteuerte Silizium-Gleichrichter SCR 102
aufgesteuert wird. An den Anschlußklemmen der Motorfeldwicklung AfF steht daher eine Spannung
solcher Richtung an, daß bei erregtem Ankerspannungssignal MA der Motor M die Elektrode E vom
Werkstück Wabzieht. Tritt nun eine Drehsinnspannung
AYDS auf, so werden die Transistoren Q108 und Q106
leitend, während Q107 sperrt, da Q108 die Basis von
Q107 an Masse legt. Dadurch wird der Impulsübertrager
PT 104 erregt und SCR 101 aufgesteuert, also die Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung MF umgekehrt.
Infolgedessen wird auch der Drehsinn des Motorankers MA umgesteuert, sofern die Ankerwicklung
erregt ist, so daß der Motor M die Elektrode F. auf das Werkstück Wzu bewegt.
Man erkennt, daß dank dieser Schaltungsanordnung eine sehr schnelle Umsteuerung des Motorlaufs möglich
ist, wenn die Ankerwicklung MA spannungsgespeist ist und die Magnetfeldrichtung der Feldwicklung AfF
umgekehrt wird. Zum Abbremsen des Elektroden-Vorschubmotors M werden keine elektromechanischen
Vorrichtungen benötigt, und für die Umsteuerung genügt ein Signal sehr geringer Leistung. Während die
Erregung der Ankerwicklung MA fehlt und bei umgekehrter Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung
AfF wird im Anker eine Spannung entgegengesetzter Richtung erzeugt, welche durch die Freilaufdiode D103
kurzgeschlossen wird, so daß ein dynamisches Abbremsen des Motors Af stattfindet
Die Sekundärwicklung eines Transformators Γ301 liefert eine Wechselspannung von z. B. 24 V, die über
einen Widerstand ft 315 an die Leitungen 10, 11 zu der Elektrode E bzw. dem Werkstück W gelangt und
außerdem einen weiter unten erwähnten Vollweg-Brükkengleichrichter
speist. Die Wechselspannung liegt jedoch nur dann zwischen E und W an, wenn der
Diodenteil eines optischgekoppelten Richtleiters OC/302 durchgeschaltet hat Ist das nicht der Fall, so
bleibt ein von Dioden D 306 bis £>309 gebildeter Vollweg-Gleichrichter stromlos. Wird jedoch die
Lichtquelle von OC/302 von Strom durchflossen, so wird der lichtempfindliche SCR-Teil von OC/302
leitend. Dann gibt der Brückengleichrichter über ft 315, der als Spannungsbegrenzer dient an die Leitungen 10
bzw. 11 eine Abtast-Wechselspannung von z. B. 15 V ab.
Hervorzuheben ist daß diese Abtastspannung zwischen der Elektrode E und dem Werkstück W nur anliegt
wenn der Langsamgangschalter /DSbetätigt ist
Der erwähnte Spannungsausgang gelangt außerdem an den von Dioden D 301 bis D304 gebildeten
Voll weg-Brückengleichrichter, an den ein Glättungs-
kondensator (7301 anschließt. Die Ausgangsspannung
dieses Gleichrichters bewirkt den Stromdurchgang durch die Lichtquelle eines optisch gekoppelten
Richtleiters OCI301, dessen Fototransistor-Teil einen
Transistor C303 aufsteuert, durch den die Schwellenspannung VTSerzeugt wird.
Sobald die Elektrode E das Werkstück W berührt, werden die Leitungen 10 und 11 kurzgeschlossen, wobei
der Widerstand /?315 den Strom durch die Sekundärwicklung von Γ301 begrenzt. Durch den Kurzschluß
wird die am Kondensator C301 liegende Spannung auf Null gedrückt, so daß die Lichtquelle von OCI301 nicht
mehr stromdurchflossen ist und der Fototransistor-Teil
von OCIMi abgeschaltet wird. Dadurch sperrt wiederum Q303, und die Schwellenspannung VTS is
verschwindet.
Die Schweißlichtbogen-Spannung liegt normalerweise im Bereich zwischen 20 V und 50 V, mithin etwas
höher als die zwischen Elektrode E und Werkstück IV bei betätigtem Langsamgang- Langsamgang-Schalter
IDS anliegende Abtastspannung. Ist der Lichtbogen
hergestellt und liegt seine Spannung in dem genannten Bereich, so beginnt ein Kippschwingungsgenerator zu
arbeitender aus einem Unijunction-Transistor OL/301,
Widerständen R302 und R 308 sowie einem Kondensator C302 besteht. Er liefert Spannungsimpulse an die
Primärwicklung eines Impulsübertragers PT301. Die Spannung an der Basis Il von QU 301 wird durch eine
Zenerdiode DZ302 verriegelt, doch ist die Emitterspannung proportional zur Lichtbogenspannung. Infolgedes-
sen steigt die Kippschwingungsfrequenz mit zunehmender Lichtbogenspannung, während sie bei deren
Abnahme sinkt
Jeder Spannungsimpuls an der Sekundärwicklung von fT301 macht einen Transistor O 302 leitend, wodurch
Spannung am einen Kondensator C306 gelangt. Somit ist die Spannung an C306, die der Motorsteuerung MC
als Schweißbogen-Steuerspannung ASS zugeführt wird, direkt proportional zur Schwingungsfrequenz von
Ot/301, die ihrerseits der Lichtbogenspannung propor- «o
tional ist Der Motor M läuft um so schneller, je höher die Spannung des Schweißbogen-Steuersignals /4SS ist.
Verlängert sich also der Lichtbogen und steigt dadurch die Lichtbogenspannung an, so wird der Elektrodenvorschub schneller, um die Lichtbogenlänge wieder zu *5
verringern. Der entsprechende Regelvorgang findet im entgegengesetzten Falle statt
Zum Betrieb mit Kaltanlauf wird der Langsamgang-Schalter IDS betätigt Dann fließt Strom durch die
Lichtquelle von OC/302, dessen Koppelung ein Niederspannungssignal von T301 an den Leitungen 10
und 11 bewirkt, dessen Spannung niedriger als die minimale Lichtbogenspannung ist Ober den Brückengleichrichter D 301 bis D 304 liefert Γ301 auch eine
Spannung an QU 3Oi und an die Lichtquelle von OC/301. Infolgedessen kann Oi/301 schwingen und der
Impulsübertrager PT30t an den Transistor Q302
Impulse abgeben, so daß dieser zu schwingen und den Kondensator C306 aufzuladen beginnt Die an letzterem anliegende Spannung ist stets konstant, z. B. bei 5 V,
und zwar auch wenn QU 30i nicht schwingt, weil über Ä3I7 und D 311 — wie weiter unten erläutert — eine
Vorspannung anliegt Durch OC/301 wird der Transistor Q 303 leitend, weshalb der Logiksteuerteil LC das
Schwellenspannungssignal VTSempfängt
Von dort geht ein Motorlaufsignal MRS an die
Motorsteuerung AfC und ein Motor-Drehsinnsignal MDS an die Speiseschaltung für die Feldwicklung MF
des Elektroden-Vorschubmotors M. Die Transistoren 0106 und 0108 werden leitend, wogegen 0107 sperrt,
so daß PT 104 erregt und SCR 101 aufgesteuert wird. Mithin gelangt an die Feldwicklung AiFeine Spannung
solcher Richtung, daß die Elektrode E auf das Werkstück W zu vorgeschoben wird. Sobald sie
letzteres berührt, wird die Abtastspannung zwischen den Leitungen 10 und 11 kurzgeschlossen, wodurch die
Lichtquelle und somit auch der Transistorenteil von OCI301 abgeschaltet wird und Q 303 sperrt.
Sobald Q 303 nicht mehr leitet, verschwindet die
Schwellenspannung VTS, so daß der Logiksteuerteil LC gleichzeitig die Signale IDS und MRS abschaltet. Mit
dem Aufhören des Signals MDS in der Feldwicklungs-Speiseschaltung sperren 0106 und 0108, während
Q107 leitend wird, so daß Ρ7Ί05 die Aufsteuerung von
SCR 102 bewirkt und die Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung umgekehrt wird. Mit der Beendigung des
Signals MRS schaltet die Motorsteuerung AfC das
Ankerspannungssignal ab, was zusammen mit der gleichzeitigen Feldumpolung die dynamische Bremsung
des Motors M bis zum Stillstand auslöst, so daß die Elektrode fdas Werkstück W nur leicht berührt.
Wird der beispielsweise als Drucktaste ausgebildete Anlaufschalter STS betätigt, so gibt der Logiksteuerteil
LC ein Schaltsignal PSV zur Einschaltung der Schweißstromquelle und außerdem das Motorlaufsignal
MRS an die Motorsteuerung AfCab, welche infolgedessen die Ankerwicklung MA des Vorschubmotors M mit
Spannung speist Bei fehlendem MDS-Signal hat das Magnetfeld der Feldwicklung AfFeine Richtung, die das
Abziehen der Elektrode E vom Werkstück W bewirkt, so daß der Schweißlichtbogen entsteht.
1st der Lichtbogen hergestellt und seine Spannung genügend hoch, so werden durch die zwischen den
Leitungen 10 und 11 abgetastete Lichtbogenspannung die Lichtquelle von OCI301 und der Unijunction-Transistor OL/301 stromdurchflossen. Dies bewirkt das
Auftreten der Schwellenspannung VTS am Logiksteuerteil LC in gleicher Weise wie bei der Aufsteuerung von
OC/301 und Oi/301 durch den Transformator T301
während des Langsamgang-Vorschubs. Von LC aus gelangt das Signal AfDS an die Feldwicklungs-Speiseschaltung zur Umkehr der Magnetfeldrichtung wie
beschrieben, so daß der Motor M vom Rücklauf (Abzugsbewegung der Elektrode E vom Werkstück W)
auf Vorlauf umgesteuert wird.
Sobald der Schweißstrom genügend groß ist bewirkt ein Strompegelschalter CAS die Abgabe eines Schweißspannungs-Steuersignals IVSV an den Logiksteuerteil
LC und an O 301. Durch ein Schweißvorschubsignal /WSsteuert LCdann die Motorsteuerung AfCan, so daß
die Schweißbogen-Steuerspannung ASS in den Speiseteil für die Ankerwicklung MA gelangt Durch das
Signal WSV wird O 301 gesperrt, so daß die Verriegelung an der Klemmdiode DZ 301 beseitigt wird
und die an C306 liegende Spannung den Schwankungen der Lichtbogenspannung frei folgen kann.
Der Motor Af läuft um so schneller, je höher die Schweißbogen-Steuerspannung bzw. das Ankerspannungs-Abtastsignal ASS ist, welches) wiederum der
Lichtbogenspannung proportional ist
Zum Betrieb mit Heißanlauf wird ebenfalls der Anlaufschalter STS betätigt, wodurch das Anlaufsignal
STVan den Logiksteuerteil LC abgegeben wird, der mit
dem Speisespannungs-Schaltsignal PSV das (nicht dargestellte) Schaltschütz für die Schweißstromquelle
betätigt Je nach deren Art tritt dann zwischen den
Leitungen 10 und 11 eine Leerlaufspannung von 65 V bis 95 V auf, die OCI301 und QU30t öffnet, wodurch dem
Logiksteuerteil LC die Schwellenspannung VTS in gleicher Weise zugeführt wird wie beim Aufsteuern der
genannten Schaltelemente vom Transformator Γ301 aus während des Langsamvorschubs bei Kaltanlauf. Nun
wird von LC ein Motorlaufsignal MRS an die Motorsteuerung MCabgegeben, welche die Ankerwicklung
MA mit Spannung speist, und zwar gemäß einer (nicht gezeichneten) Voreinstellung von Hand auf einen
durch Versuche ermittelten Wert, mit dem der Elektrodenvorschub auf das Werkstück W zu unter der
für optimalen Anlauf am besten geeigneten Drehzahl vor sich geht, die fast stets niedriger als die
Vorschubgeschwindigkeit während des Schweißens ist. Die Schwellenspannung VTS an LC löst die Abgabe des
MDS-Signals an die Speiseschaltung für die Feldwicklung
MF aus, deren Magnetfeldrichtung dem Elektrodenvorschub auf das Werkstück Wzu entspricht.
Sobald die Elektrode E das Werkstück W berührt, wird die Leerlaufspannung zwischen den Leitungen 10
und 11 kurzgeschlossen und die Lichtquelle von OCl 301
abgeschaltet, wodurch sowohl dessen Transistorteil als auch der Transistor Q 303 gesperrt werden. Mit der
Abschaltung von Q 303 verschwindet das VTS-Signal, so daß der Logiksteuerteil LCdas Drehsinnsignal MDS
beendet.
Bleibt die Elektrode E am Werkstück W genügend lange in Anlage, so wird die Magnetfeldrichtung der
Feldwicklung MFumgekehrt, um die Elektrode E unter
Erzeugung des Lichtbogens vom Werkstück W abzuziehen. Sobald der Lichtbogen brennt, wird die
Feldrichtung erneut umgepolt und die Elektrode E wiederum auf das Werkstück W zu bewegt, wie das
oben für den Kaltanlauf-Betrieb beschrieben wurde.
War die Berührungsdauer zwischen Elektrode E und Werkstück IV zu kurz, um eine Umkehrung der
Magnetfeldrichtung vor der Erzeugung des Lichtbogens zu bewirken, so fährt die Elektrode E zunächst weiter
zum Werkstück Whin vor.
Wenn Strom in den Schweißleitungen fließt, schaltet der ihnen zugeordnete Strompegelschalter CAS, und
der Schweißvorgang setzt sich wie oben erläutert fort.
Die Klemmdiode DZ301 dient dazu, einen optimalen
Heißanlauf zu ermöglichen. Insbesondere wenn der Strompegelschalter CAS schließt, kommt vom Logiksteuerteil
LC das Schweißvorschubsignal /IVS an die Motorsteuerung MC, um den Vorschub von der
handeingestellten Geschwindigkeit auf die bogenspannungsgesteuerte Geschwindigkeit umzustellen. Die
anfängliche Vorschubgeschwindigkeit wird nun durch die Klemmdiode DZ301 begrenzt, welche zusammen
mit dem Transistor φ 301 einen Stromkreis derart bildet, daß bei leitendem Q 301 die Spannung, auf
welche C306 aufgeladen werden kann, durch die Zenerdiode DZ301 begrenzt wird. Der leitende
Zustand von <?301 wird durch das über die Diode D 305 und den Widerstand R 301 zugeführte Schweißspannungs-Steuersignal
VVSV so gesteuert, daß Q 301 normalerweise leitet Die Begrenzung der Spannung an
C306 hat zur Folge, daß die Höchstgeschwindigkeit, mit
welcher die Elektrode E nach Schließen von CAS auf das Werkstück VV zu läuft, begrenzt bleibt Könnte
C306 in diesem Zeitpunkt nach Zündung des Lichtbogens voll aufgeladen werden, so würde die anschließende
Entladung auf den normalen Schweißpegel zu lange dauern, was einen ungünstigen Anlauf zur Folge hätte.
Bei geschlossenem Strompegelschalter CASkann die an C306 anliegende Spannung entsprechend der Lichtbogenspannung
auf und ab schwanken, so daß der Lichtbogen während des Schweißvorganges stabil gehalten wird.
An C306 bewirkt der Widerstand /?317 über die Diode D311 eine Vorspannung auch, wenn QU30i
nicht schwingt, so daß die Elektrode £"mit sehr niedriger Außenimpedanz an den Leitungen 10 und 11 langsam
vorfahren kann. Sobald jedoch Schweißstrom fließt und
ίο der Strompegelschalter CAS anspricht, wird diese
Vorspannung über die Diode D312 abgeschaltet.
Es ist anzumerken, daß verschiedene Bauteile bzw. -gruppen mit Kondensatoren überbrückt oder angekoppelt
werden können, um die Auswirkung von Überspannungen bzw. Stromstößen und hohen Frequenzen zu
dämpfen, welche in die Steuerschaltung Eingang finden könnten. Der Deutlichkeit halber sind solche Entstörkondensatoren,
deren Anwendung dem Elektronikfachmann geläufig ist, in der Figur nicht gezeichnet.
Ferner ist darauf hinzuweisen, daß ein in der Beschreibung und/oder in den Ansprüchen als vorhanden
bezeichnetes Signal, das bei Betätigung irgendeines Schalters bzw. Schaltgliedes abgeschaltet wird, normalerweise
nur in einem dieser beiden Zustände vorliegen kann. Durch entsprechende Umgestaltung der
Schaltungsanordnung ist es genauso möglich und zum Erzielen der gleichen Effekte erfindungsgemäß vorgesehen,
jeweils besonders »eingeschaltete« Signale bzw. Signalspannungen zu verwenden, deren Normalzustand
»aus« ist. Dasselbe gilt für die Umkehrungen.
Die vorstehende Beschreibung enthält eine klare Lehre zum technischen Handeln, doch kann es zum
besseren Verständnis beitragen, die elektrischen Werte eines speziellen Ausführungsbeispiels wie folgt anzugeben:
RlOl
40 Ohm
R 119 R 120 R 125 R 126 R 127 R 128 R 129 |
6,8 kOhm 680kOhm 2,7 kOhm 2,7 kOhm 4,7 kOhm 47 kOhm 47 kOhm |
R 214 | l,5kOhm |
R 301 R 302 R 303 |
47 kOhm 4,7 kOhm 6,8 kOhm |
R 306 R 307 R308 R 309 |
4,7kOhm 100 Ohm 10 kOhm einstellbar 15 Ohm |
R312 R313 R 314 |
6,8 kOhm 6,8kOhm 47 kOhm |
R316 R 317 |
470kOhm lOkOhm |
C102 C116 |
50 μΡ 47 nF |
C301 C302 C306 C308 |
2,0 μΡ 0,1 μΡ 2,0 μΡ 0,22 μΡ |
D103 D 301 bis D 304 |
16 A 1 A Durchbruch |
11 | 25 50 278 | 12 | |
DZ301
DZ302 DZ 303 |
5,1 V
10V 25 V |
O 303 |
MPSA13
D5E43 |
Q IWi, 107,108 | 2N4123 |
SCR 101, SCR 102
5 |
8 A/600 V |
Ο 301
O 302 |
2N4123
2N4125 |
OC/301
OC/302 |
4N28
MCS2 |
Hierzu l Blatt Zeichnungen |
Claims (7)
1. Schaltungsanordnung zur Steuerung des Elektrodenvorschubes einer üchtbogen-Schweißmaschine
beim Zünden und Schweißen, mit einem auf Antrieb oder Bremsung und in der Drehrichtung
umschaltbaren Gleichstrom-Motor für den Vorschub eines abschmelzenden Elektrodendrahtes,
dadurch gekennzeichnet, daS zur Speisung der Ankerwicklung (MA) eine Einrichtung
(MC) mit gerichteter Polarität vorgesehen ist, die jener einer zur Ankerwicklung (MA) parallelgeschalteten
Diode (D 103) entspricht, und daß eine Einrichtung (P 104/105, SCR 101/102) zur Umkehrung
der Magnetfeldrichtung in der Feldwicklung (MF) vorhanden ist, mit der bei an Spannung
liegender Ankerwicklung (MA) aie Drehrichtung des Motors (M) umkehrbar und bei spannungsloser
Ankerwicklung (MA) sowie umgekehrter Magnetfeldrichtung
eine dynamische Bremsung ausführbar ist
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für den motorischen Vorschub
der Elektrode (E) auf das Werkstück (W) zu ein Langsamgangschalter (IDS) vorgesehen und daß
eine zwischen Elektrode (E) und Werkstück (W) vorhandene Abtastspannung, welche die normale
Lichtbogenspannung unterschreitet, bei Berührung des Werkstücks (W) durch die Elektrode (E) «>
kurzschließbar ist, wodurch die Ankerwicklung (MA) spannungslos und die Magnetfeldrichtung der
Feldwicklung (MF)umgekehrt wird und wodurch bei
leichter Berührung des Werkstücks (W) durch die Elektrode (E) der Motor (M) unter dynamischer «
Bremsung steht
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schweißstromquelle
und ein Anlaufschalter (STS) vorhanden sind, durch dessen Betätigung der Speise-Einrichtung 4()
(MC) für die Ankerwicklung und der Schweißstromquelle Spannung zuführbar ist, so daß der Motor (M)
die Elektrode (E) unter Bildung eines Lichtbogens vom Werkstück (W) abzieht, und daß mittels einer
bei Vorhandensein des Schweißlichtbogens anspre- **>
chenden Einrichtung (ΡΓ104/105, SCR 101/102) die
Magnetfeldrichtung der Feldwicklung (MF) umkehrbar und die Elektrode (E) auf das Werkstück (W) zu
bewegbar ist
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprii- r>o
ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißstromquelle eine abfallende Spannungs-Strom-Kennlinie
hat, daß eine einsinnige Spannung, die proportional zu der zwischen Elektrode (E) und
Werkstück (W) anliegenden Spannung ist, von r>r>
letzterer gesteuert der Ankerwicklung (MA) zuführbar ist und daß zum Begrenzen des Anstiegs der
Motordrehzahl im Zeitpunkt unmittelbar nach Berührung des Werkstücks (W) durch die Elektrode
(E) und vor der Stabilisierung des Schweißlichtbo- <>o
gens ein Begrenzer vorhanden ist, mittels dessen die Drehzahl des die Elektrode (E) auf das Werkstück
(W) zu bewegenden Motors (M) auf einen Höchstwert begrenzbar und der motorische Vorschub
verlangsambar und/oder umkehrbar ist, um 6<>
die Elektrode (E) vom Werkstück (W) abzuziehen und den Schweißlichtbogen rasch zu stabilisieren,
ehe die Elektrode (E) in das Werkstück (W)
eindringt
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung zum Voreinstellen
der Geschwindigkeit des motorischen Vorschubs auf einen Betrag, der unter der beim
Schweißen benötigten Vorschubgeschwindigkeit liegt, sowie eine Umsteuerungs-Einrichtung vorhanden
ist, mit der die Steuerung der Geschwindigkeit des motorischen Vorschubs von der Voreinstell-Einrichtung
auf die Steuerungseinrichtung für die zwischen Elektrode (E) und Werkstück (W) anliegende
Spannung umstellbar ist sobald die Elektrode (E) das Werkstück (W) berührt und der Schweißstrom
einsetzt
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet daß durch die von der
Elektroden-Werkstück-Spannung gesteuerte einsinnige Spannung ein Kondensator (C306) auf ein der
erstgenannten Spannung proportionales Potential aufladbar ist und daß ein Ladungsbegrenzer
(DZ 3Oi) vorgesehen ist, mittels dessen die Ladung
des Kondensators (C3O6) bei Vorschub der Elektrode (E) auf das Werkstück (W)zu begrenzbar ist
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der Begrenzer (DZ30i, C306)
durch eine von der Stromstärke des von der Schweißstromquelle kommenden Stroms gesteuerte
Einrichtung (CAS) abschaltbar ist
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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US05/523,462 US3975616A (en) | 1974-11-13 | 1974-11-13 | Control circuit for automatic electric arc-welder |
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---|---|
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DE2550278C3 DE2550278C3 (de) | 1979-08-09 |
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AU (1) | AU499502B2 (de) |
CA (1) | CA1041181A (de) |
DE (1) | DE2550278C3 (de) |
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1975
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- 1975-11-08 DE DE2550278A patent/DE2550278C3/de not_active Expired
- 1975-11-12 FR FR7534477A patent/FR2290984A1/fr active Granted
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- 1975-11-13 JP JP50136781A patent/JPS5172942A/ja active Pending
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