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Verfahren und Vorrichtung zum Zusammenschweißen rohrförmiger Teile
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Zusammenschweißen
rohrförmiger Teile von im wesentlichen kreisringförmigem Querschnitt entlang einer
Umfangsstoßfuge.
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Kernbehälterkonstruktionen für Kernreaktoren bereiten wegen ihrer
ungewöhnlichen Größe und ihres großen Gewichts
erhebliche Schweißschwierigkeiten>
wie sie normalerweise bei anderen Fertigungsvorgängen nicht auftreten0 Die Kernbehälterkonstruktionen
von Druckwasserreaktoren dienen zur Halterung der Reaktorinnenteile und der Kernbaugruppen
und werden ihrerseits von einem oberen Flansch getragen, der auf einem inneren Auflagerand
im obersten Teil des Reaktordruckbehälters aufliegt. Im allgemeinen sind derartige
Kernbehälter aus vier gesonderten Bauteilen zusammengesetzt, nämlich einem oberen
kreisrunden Ringflansch, einem oberen zylinderrohrförmigen Mantelabschnitt, einem
unteren zylinderrohrförmigen Mantelabschnitt und einer unteren Kerntragplatte. Alle
diese Teile sind zusammengeschweißt, Die aus dem oberen Flansch, dem oberen Mantelabschnitt
und dem unteren Mantelabschnitt gebildete Anordnung stellt eine im wesentlichen
rohrförmige Baugruppe dar, deren unteres Ende durch die untere Kerntragplatte im
wesentlichen abgeschlossen ist. Die ungefähre Höhe der gesamten Kernbehälterkonstruktion
liegt im Bereich von 9 m, der Innendurchmesser beträgt etwa 3,5 m. Die ungefähre
Wandstärke des oberen und des unteren Mantelabschnitts liegt etwas über 5 cm. Während
die untere Kerntragplatte nur wenig mehr als 50 cm der Gesamthöhe des Kernbehälters
ausmacht, trägt sie mit einem Gewicht von etwa 27 Tonnen beträchtlich zum Gesamtgewicht
von 73 Tonnen der gesamten Kernbehälterkonstruktion bei.
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Die beiden unteren Umfangsschweißnähte> welche die untere Kerntragplatte
mit dem unteren Mantelabschnitt und den unteren Mantelabschnitt mit dem oberen Mantelabschnitt
verbinden, sind von entscheidender Wichtigkeit und müssen eine hohe Qualität aufweisen,
und beim Schweißen des Kernbehältermantels muß eine genaue Maßüberwachung statt
finden.
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An die fertige Konstruktion werden beispielsweise folgende Anforderungen
gestellt: Die Schwindung in Längsrichtung zwischen zwei benachbarten Mantelabschnitten
oder anderen Teilen darf einen Toleranzbereich von 0,102 cm nicht übersteigen; die
Parallelität des oberen Flansches mit Bezug auf die untere Kerntragplatte muß nach
der Längsschwindung innerhalb eines Fehlerbereichs von 0,05 cm liegen, und die diametrale
Schwindung muß über die gesamte 3600 umfassende Schweißzone bei jeder Schweißnaht
konstant sein, um Verwindungen auf ein Minimum herabzusetzen und die Koinzidenz
der X-Y-Achsen zwischen dem oberen Flansch und der Kerntragplatte in einem Toleranzbereich
von 0,05 cm beizubehalten, Wegen dieser strengen Konstruktionsüberwachungsvorschriften
werden die Schweißnähte des Kernbehälters bei vertikal stehenden Mantelabschnitten
ausgeführt. Die Schweißung erfolgt also in der Horizontalebene, Herkömmliche Schweißtoleranzen
und eine bessere Gewichtsverteilung zwischen
den verschiedenen
zu schweißenden Bauteilen würden ein übliches Schweißverfahren zulassen, bei welchem
die Mantelabschnitte in horizontaler Lage unter einem Schweißbrenner gedreht werden.
Angesichts der oben repräsentativ genannten Abmessungen (diese Abmessungen können
selbstverständlich je nach der Größe des betreffenden Reaktors unterschiedlich sein)
leuchtet es ein, daß dieses übliche Schweißverfahren mit größter Wahrscheinlichkeit
zu starken Verziehungen hinsichtlich der Fluchtung der verschiedenen Bauteile nach
beendigter Schweißung führen würde. Derartige Verziehungen sind jedoch bei einer
Kernreaktorkonstruktion unzulässig.
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Um den obengenannten Gesichtspunkten gerecht werden zu können, ist
die Schweißung auch schon bei vertikal aufeinandergestellten Mantelabschnitten vorgenommen
worden.
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Dabei wurde mit dem Ziel, eine röntgenstrahlengeprüfte Qualitätsschweißnaht
zu erzeugen, an verschiedenen Stellen der herzustellenden Naht mittels Handschweißverfahren
geschweißt; dennoch traten Schweißschwindungen und Verziehungen auf. Im allgemeinen
ist es schwierig, Schweißnähte herzustellen, die sowohl den Qualitätsanforderungen
als auch den Anforderungen an die Maßhaltigkeit gerecht werden, was seine Ursache
in der Schwierigkeit der gleichzeitigen und
gleichförmigen Verteilung
der Wärme an allen Schweißnähten hat. Deshalb sind normalerweise viele Reparaturen
notwendig, wodurch Zeit- und Kostenaufwand erheblich sind. Außerdem führen örtliche
Reparaturen von nicht einwandfreien Schweißstellen zu weiteren unannehmbaren Verziehungen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und
eine Vorrichtung zur Herstellung von Schweißverbindungen zwischen großen zylinderrohrförmigen
oder ähnlichen Bauteilen so zu verbessern, daß Schweißverbindungen hoher Qualität
in sehr genauer, vorhersagbarer und steuerbarer Weise herstellbar sind, wobei die
Verziehungen der geschweißten Teile relativ klein bleiben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein Verfahren zum Schweißen rohrförmiger
Teile entlang einer Umfangsnaht gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß
gleichzeitig an einer Mehrzahl von entlang der Umfangsstoßfuge radialsymmetrisch
verteilten Stellen identische Schweißnähte hergestellt werden und daß der Schweißvorgang
so gesteuert wird, daß, während die Schweißstellen sich entlang der Umfangsstoßfuge
verschieben, in jedem Zeitpunkt an allen Schweißstellen ein im wesentlichen gleiches
Verhältnis von zugeführter Wärme zum Volumen des Materialauftrags aufrechterhalten
wird.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
welche einen um eine vertikale Achse drehbaren Drehtisch zur bezüglich dieser Achse
koaxialen Halterung der rohrförmigen Teile und eine Mehrzahl von Schweißvorrichtungen
mit Schweißelektroden aufweist, die entlang der Umfangsstoßfuge der rohrförmigen
Teile positionierbar sind, ist gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die
Schweißvorrichtungen an einer vertikalen, innerhalb der zu verschweißenden rohrförmigen
Teile befindlichen Säule radial symmetrisch angeordnet sind.
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Das zur Herstellung der Schweißnaht verwendete Scnweißzusatzmaterial
wird vorzugsweise vor dem Auftragen in die Schweißnaht erhitzt, wobei die Menge
der dem Schweißzusatzmaterial zugeführten Wärme entsprechend der Tiefe der Schweißung
automatisch gesteuert wird Dementsprechend werden der Schweißlichtbogenstrom, die
Geschwindigkeit der Zusatzmaterialzuführung und die dem Zusatzmaterial zugeführte
Wärme programmierbar derart verändert, daß an allen Schweißstellen in jedem Zeitpunkt
das gleiche Verhältnis von Wärme zuführung zu ab gelagertem Zusatzmaterial vorhanden
ist, um eine gleichbleibende Qualität und Reproduzierbarkeit jeder Schweißnaht sicherzustellen,
Ein
Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden
Zeichnungen näher beschrieben.
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In den Zeichnungen stellen dar: Fig. 1 eine schematische Darstellung
einer nach der Erfindung beispielsweise anwen#dbaren Verteilung der Schweißstellen,
Fig. 2A eine perspektivische Darstellung des oberen Teils einer Schweißvorrichtung
nach der Erfindung, Fig. 2B eine perspektivische Darstellung des unteren Teils der
Schweißvorrichtung nach der Erfindung, Fig. 3 eine Draufsicht der Mittelsäulensteuerplattform
der in Fig. 2A dargestellten Schweißvorrichtung, Fig. 4 eine Seitenansicht der in
Fig. 2A sichtbaren Mittelsäulensteuerplattform,
Fig. 5 eine Seitenansicht
einer in Fig. 2A sichtbaren Schweißkopfführungseinrichtung, Fig. 6 eine Draufsicht
der Schweißkopfführungseinrichtung, Fig. 7 eine teilweise geschnittene Frontansicht
der Schweißkopfführungseinrichtung, Fig. 8 eine teilweise geschnittene Draufsicht
der Schweißschlittenführung und einer Elektromagnetverriegelung, Fig. 9 eine teilweise
geschnittene Draufsicht des den Schweißschlitten gegen Herab stürzen sichernden
Verriegelungsmechanismus, Fig. 10 ~ eine teilgeschnittene Seitenansicht des in Fig.
9 gezeigten Verriegelungsmechanismus in der unverriegelten Stellung,
Fig.
11 eine teilgeschnittene Seitenansicht des in Fig. 9 gezeigten Verriegelungsmechanismus
in der verriegelten Stellung, Fig. 12 eine Frontansicht des in Fig. 2 sichtbaren
Schweißsteuergeräts, Fig. 13 ein schematisches Schaltbild einer Steuerschaltung
zur programmierten Steuerung des Schweißstromes, Fig. 14 ein schematisches Schaltbild
einer Führungssteuerschaltung, welche dazu dient, jeden Schweißbrenner mit Bezug
auf die Schweißfuge ausgerichtet zu halten, Fig. 15 ein schematisches Schaltbild
der Verdrahtung der Bauteile zur Steuerung der vertikalen und horizontalen Tragarmbewegungen,
Fig. 16 ein schematisches Schaltbild der Programmschaltung für die Heißdrahtmaterialzuführung,
Fig.
17 ein schematisches Schaltbild der Verzögerungsbausteine der in Fig. 6 dargestellten
Programmschaltung, Fig. 18 ein schematisches Schaltbild des zum Erhitzen des Schweißzusatzmaterials
dienenden Wechselstrompositionsservomotors, die Fig. 19A, 19B und 19C Blockschaltbilder
der Hauptsystemlogik der erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig, 20 ein Blockschaltbild
der die vertikale Schlittenbewegung steuernden Logikuntergruppe, Fig. 21 ein Blockschaltbild
der Oszillatorsteuerlogik, Fig. 22 ein Blockschaltbild der Spurführungssteuerlogik,
Fig. 23 ein Blockschaltbild der Steuerlogik für Horizontalbewegungen, und
Fig.
24 ein Blockschaltbild der Steuerlogik des Spannungssteuerkopfes.
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Um den für einen Reaktorkernbehälter geforderten Bedingungen hinsichtlich
der Konstruktions genauigkeit und der Schweißtoleranzen gerecht zu werden, beinhaltet
die Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung mit vollständig in ein automatisches
System integrierten mechanischen Halterungen, Werkzeug- und Schweißeinrichtungen
zur genauen Steuerung der Schweißung mit einer Vielzahl von Schweißköpfen, die entlang
der herzustellenden Schweißnaht symmetrisch mit Bezug auf eine Achse angeordnet
sind, welche die Drehachse der zu schweißenden rohrförmigen Baugruppe schneidet.
Gemäß dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel können die Schweißpositionen 10 gemäß der
Erfindung an symmetrisch mit Bezug auf eine Achse 12, welche die Achse 14 des Kernbehälters
16 schneidet, gelegenen Stellen angeordnet sein. Die dem erfindungsgemäßen Verfahren
zugrundeliegende Theorie liegt darin, daß Schwindung und Verziehung dadurch steuerbar
sind, daß ein identisches Verhältnis von Wärme zufuhr zu Volumen des abgelagerten
Metalls in jedem Zeitpunkt an allen geeignet positionierten Schweißstellen aufrechterhalten
wird. Dieses Verhältnis wird an den verschiedenen Schweißstellen mittels elektronischer
Regelkreise gleichgehalten, welche Schweißparameter wie beispielsweise Lichtbogenspannung,
Zusatzwerkstoffzuführung,
Schweißstrom und Drehgeschwindigkeit des Drehtisches regeln und koordinieren. Zusätzlich
ist eine Schweißkopfführung vorgesehen, welche sicherstellt, daß die einzelnen Schweißköpfe
vertikal mit Bezug auf die Umfangsschweißfuge ausgerichtet bleiben.
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Gemäß der Erfindung verläuft die Hauptachse in der Mittellinie der
Kernbehälterbauteile vorzugsweise senkrecht zur Tischfläche eines Drehtisches bzw.
Tragteils. Gemäß einer Aus führungs form der Erfindung sind zwei äußere Ausleger
und eine abnehmbare innere Mittelsäule vorgesehen, welche Schweißstationen mit einem
Winkelabstand von 1800 an der Innenseite oder der Außenseite oder an Innen- und
Außenseite des zu schweißenden Kernbehälters tragen. Diese Ausführungsform ist in
den Fig, 2A und 2B dargestellt, welche den oberen und den unteren Teil einer gemäß
der Erfindung verwendbaren Vorrichtung zeigen. Diese Vorrichtung weist einen Drehtisch
18 auf, auf welchem konzentrisch mit der Drehtischachse ein Kernbehälter 16 aufgesetzt
ist.
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Durch die Mitte des Drehtisches verläuft eine Bohrung oder eine Hülse
20 zur Aufnahme eines Positionierungszapfens 22 der Mittelsäule 24. Der Drehtisch
ist für konzentrische Belastungen von etwa 180 Tonnen ausgelegt, d.h. für Punktbelastungen
von 180 Tonnen bei statischen
Bedingungen und eine konzentrische
dynamische Belastung von 180 Tonnen. Der Drehtischdurchmesser beträgt bei diesem
Ausführungsbeispiel etwa 5 m.
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Die Drehtischoberfläche ist bearbeitet und weist eine Anzahl von
Bohrungen auf, die der Befestigung von Spannbacken der bei Horizontalbohrwerken
verwendeten Bauart oder Stützen 26 dienen, wie in Fig. 2B dargestellt, um den Kernbehälter
konzentrisch zur Drehtischachse positionieren zu können.
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Die Drehtischunterseite 18 ist ebenfalls bearbeitet und mit einem
selbstausrichtenden Drucklager 28 versehen. Eine kreis ringförmige Fläche am Rand
der Drehtischunterseite wirkt mit äußeren Stützlagern 30 und mit Schleifplatten
32 zusammen, welch letztere außerdem als Schleifkontakt für elektrische Erder 34
dienen. Das untere Lagergestell enthält die konische Hülse 20 zur Positionierung
des Mittelsäulenzapfens 22 in der Mitte des Drehtisches. Ein Teil des Hülsengehäuses
ragt um eine ausreichende Strecke unter das Bodenniveau hinab, um eine ausreichende
Säulenstabilität zu gewährleisten. Um das Herausnehmen der Mittelsäule zu erleichtern,
ist im Sockel der Hülse eine hydraulische 90-Tonnen-Hubvorrichtung 36 angeordnet.
Diese Hubvorrichtung ist mittels außerhalb des Drehtisches gelegener Mittel betätigbar,
um
die Mittelsäule aus ihrem konischen Festsitz herauszudrücken, wenn die Säule abgenommen
werden soll.
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Vorzugsweise sind zwei federbelastete Erder 34 mit einer Belastbarkeit
von jeweils 2000 A zur Vervollständigung der elektrischen Schweißerdung und zum
Schutz der Drehtischlager vor Schweißströmen vorgesehen.
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Der Drehantrieb des Drehtisches erfolgt über einen Präzisionszahnkranz
38, der am Drehtischumfang angeordnet ist. Der Antrieb erfolgt mit gleichmäßiger,
geregelter Drenzanl innerhalb eines stufenlos verstellbaren Drehzahleinstellbereiches,
beispielsweise von 0,0053 bis 0,058 Ulmin + 2 %, und wird von dem am Drehtischrand
angeordneten Antriebsmotor 40 gesteuert. Die Kraftübertragung vom Motor zum Drehtisch
erfolgt mittels eines in Fig. 2B gezeigten Getriebes 42.
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Die Mittelsäule 24 ist eine Manipulatorsäule, die innerhalb der Kernbehälterbaugruppe
16 steht und mit ihrem unteren Ende mittels des Zapfens 22, der durch die mittige
Bohrung des Drehtisches hindurch und in die konische Hülse 20 des unteren Drehtischlagertragteils
hineinragt, positioniert ist. Das obere Ende der Mittelsäule wird von einer Hilfsplattform
44 gehalten, die außerhalb des Drehtisches abgestützt
ist. Das
obere Säulenende ist mit einem konischen Zapfen und einer Hülse 46 versehen und
fluchtet mit einem Haltering der Hilfsplatt form.
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Der konische Zapfen 46 am oberen Ende der Mittelsäule ist außerdem
so ausgebildet, daß er ein Verlängerungsteil aufnehmen kann, welches dann verwendet
wird, wenn bei größeren Kernreaktoren verwendete Kernbehälter mit Überlänge zu schweißen
sind. Die Verwendung eines Verlängerungsteils macht die Handhabung der Mittelsäule
einfacher und es entfällt die Notwendigkeit, eine feste Länge zur Handhabung aller
Arten von Bauteilen vorzusehen, die von der Vorrichtung aufgenommen werden sollen.
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Die Mittelsäule 24 trägt einen vertikal verschieblichen Manipulatorschlitten
48, an welchem zwei Schweißausleger 50 und eine Bedienungsplattform 52 angebracht
sind. Beide Ausleger sind gleich ausgebildet und in geeigneter Weise derart versetzt
angeordnet, daß sie an horizontalen Verlängerungen der Ausleger 50 angeordnete Schweißköpfe
54 um 1800 gegeneinander versetzt auf einer gemeinsamen Mittellinie und fluchtend
mit derjenigen von an Säulenauslegern angeordneten Schweißbrennern 56 halten.
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Das Heben der Bedienungsplattform-Schlittenanordnung 58
erfolgt
unter Verwendung eines Wechselstrom-Bremsmotors, der mit einem Untersetzungsgetriebe
gekuppelt ist. Zwei Doppelkettenräder 60 des Motors wirken mit einer Antriebskette
62 zusammen. Die Kette 62 ist mit einem Ende am Schlitten 58 und mit ihrem anderen
Ende an Gegengewichten 64 befestigt, die innerhalb eines entlang der Säule verlaufenden
rohrförmigen Gehäuses angeordnet sind.
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Der Schlitten 58 ist eine verwindungsarme Kastenkonstruktion.
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An dem Schlitten sind in Fig. 8 dargestellte Präzisionsrollengruppen
68 montiert, welche mit Führungsschienen 70 an der Mittelsäule zur Sicherstellung
einer genauen Ausrichtung des Schlittens und der Ausleger zusammenwirken.
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Jeder Ausleger 50 ist als Kastenabschnitt 72 (Fig. 3) ausgebildet,
der mittels einer an seiner Seite befestigbaren Zahnstange antreibbar ist. Der Auslegervorschubweg
beträgt bei diesem Ausführungsbeispiel etwa 90 cm. Die Zahnstange des Auslegers
wird mittels eines Wechselstrom-Bremsmotors über ein Ritzel angetrieben. Der Antriebsmotor
ist über ein Untersetzungsgetriebe mit dem die Zahnstange treibenden Ritzel gekuppelt.
Für einen vielseitigen Betrieb ist der Antriebsmechanismus umsteuerbar. Zur Verriegelung
in der richtigen Stellung ist eine Zahnsperre vorgesehen, die aus einem mit der
am Ausleger angeordneten Zahnstange zusammenwirkenden
Zahnstangenabschnitt
gebildet ist.
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An der Mittelsäule der in den Fig. 2A und 2B beispielsweise dargestellten
Vorrichtung ist eine Reihe von mit vertikalen Abständen von jeweils etwa 10 cm angeordneten
Bohrungen 74 (in der die Seitenansicht des Schlittens zeigenden Fig. 4 mehr im einzelnen
dargestellt) vorgesehen, mit welchen ein elektromagnetisch betätigter Bolzen 76
zusammenwirkt, der in Fig. 8 gezeigt ist und eine mechanische Verriegelung gegen
ein Herab stürzen des Schlittens bei einem Versagen der Antriebskette oder des Antriebsmechanismus
im Stillstand bildet. Die Steuerschaltung ist so ausgebildet, daß der Schlittenantrieb
die Schlittenbewegung so lange fortsetzt, bis der Bolzen 76 in eine Bohrung 74 eingreift.
Zusätzliche elektrische Verriegelungen, die später noch beschrieben werden, verhindern
einen Betrieb der Schweißeinrichtungen, bis der Verriegelungsbolzen eingerastet
ist.
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Gemäß den Fig. 9, 10 und 11 ist ein weiterer Sicherungsmechanismus
78 gegen Herab stürzen vorgesehen, bei welchem es sich um eine federbelastete Vorrichtung
an jedem Schlitten handelt, die durch Nachlassen des Antriebskettenzuges derart
betätigt wird, daß eine Klinke 80 in eine an der Säule 24 angeschweißte vertikale
Zahnstange 82 eingreift. Die
Fig. 10 und 11 zeigen eine Seitenansicht
des Mechanismus 78 im ausgeklinkten und im verriegelten Zustand und Fig. 9 zeigt
eine Draufsicht des ausgeklinkten Mechanismus.
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Die Energiezuleitungs- und Steuerkabel 84 (in den Fig. 2A und 2B
sichtbar) sind am oberen Säulenende befestigt und bilden eine auf den Schlitten
herabhängende Schleife.
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Zusätzlich zu den normalen Steuerleitungen und Schweißleitungen sind
an jedem der Schlitten Luftauslässe angeordnet und es sind Gebläse mit flexiblen
Rohrleitungen vorgesehen, welche die Herstellung einer Frischluftströmung ohne Erzeugung
übermäßiger Zugerscheinungen unterstützen, welch letztere die Deckgasschicht an
der Schweißzone beeinflussen könnten.
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Außerdem sind an den Bedienungsständen 86 (in Fig. 2A dargestellt)
und an einer entfernten Stelle jeweils Gegensprechanlagen angeordnet, um die Tätigkeit
des Bedienungspersonals während des Betriebs der Vorrichtung koordinieren zu können.
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Zwei auf dem Boden stehende Auslegersäulen 88 sind auf beiden Seiten
des Drehtisches angeordnet und mit Ausnahme der Tatsache, daß sie jeweils nur einen
Ausleger aufweisen, hinsichtlich der meisten Einzelheiten im wesentlichen gleich
wie die Mittelsäule 24 ausgebildet. Die Ausleger dieser Säulen sind einander diametral
gegenüberliegend auf der
gleichen Mittellinie wie die Schweißvorrichtungen
der Mittelsäule angeordnet.
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Jede der Bedienungsplattformen 52 und 53 ist mit horizontalen Verlängerungen
90 versehen, die seitlich zur Schweißnut 92 hin ragen, um es dem Bedienungspersonal
zu ermöglichen, den Schweißvorgang aus nächster Nähe zu beobachten.
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Ein Teil der Mittelsäulentragkonstruktion ist durch eine rechteckige
Stabilisierungsplattform 44 gebildet, welche an zwei vertikalen Tragstützen 94 befestigt
ist, welch letztere sich außerhalb des Drehtischumfangs befinden. Diese Plattform
44 dient auch dazu, dem Bedienungspersonal den Zugang zu den Schlitten 58 und 59
zu ermöglichen, und dient ferner zur Führung der Energiezuleitungs- und Steuerkabel,
die zu den drei Säulen 24 und 88 führen. Ein Einschnitt 96 im vorderen Ende der
Plattform 44 läßt den erforderlichen Raum für ein Kranseil und die Mittelsäulenverlängerung
frei, wenn sich die Plattform in horizontaler Stellung befindet. Abnehmbare Abschnitte
des Plattforn:#odens ermöglichen den leichten und sicheren Zugang zum Mittelsäulenschlitten
durch das Bedienungspersonal. Die Tragkonstruktion der Plattform 44 weist ein Schneckengetriebe
98 und eine Gleitstange 100 auf, wodurch die Plattform leicht in verschiedene Höhenpositionen
anhebbar ist, so daß Kernbehälter mit verschiedenen Vertikalabmessungen
herstellbar
sind. Außerdem ist diese Plattform an einer der Tragstützen schwenkbar angeordnet,
so daß sie zum Einsetzen und Herausnehmen der Mittelsäule und eines Kernbehälters
mittels einer elektromotorgetriebenen Kurbel von der Mittelsäule weg schwenkbar
ist.
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Am Ende jedes Auslegers 50 ist mittels eines Adapters eine Schweißkopfanordnung
102 befestigt, wobei alle Schweißkopfanordnungen 102 gleich ausgebildet und unter
sich austauschbar sind. An dem Adapter 106 ist über eine Halteplatte 107 ein vertikaler
15-cm-Schlitten 104 (in den Fig. 2A und 4 dargestellt) befestigt, welche eine vertikale
Feineinstellung der Schweißkopfanordnung ermöglicht. Die Bewegung des Schlittens
erfolgt über einen mit Schneckengetriebe versehenen Motor 108. Wenn das Spurführungssteuersystem
auf "Auto" eingestellt ist, erfolgt die vertikale Einstellung jedes Schweißbrenners
54 und 56 zur Aufrechterhaltung der Fluchtung mit der Schweißnaht 92 über den Vertikalschlitten,
wie noch anhand der nachstehenden Beschreibung des Spurführungssystems erläutert
wird.
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Das Spurführungssystem (in den Fig. 2A, 3, 4, 5, 6 und 7 dargestellt),
welches die vertikale Ausrichtung der Schweißköpfe 54 und 56 mit Bezug auf die Stoßfuge
92 aufrechterhält,
weist einen federbelasteten Arm 110 auf, der
seitlich von der Halteplatte 107 wegragt und mit der Stoßfuge 92 in Berührung steht.
Am freien Ende des Spurführungsarmes 110 ist eine Kugelrolle 112 angebracht, welche
unmittelbar in der Stußfuge 92 geführt ist. Die Halterung des Armes 110 durch die
Halteplatte 107 erfolgt über ein Gelenk 114, welches eine vertikale Bewegung des
Spurführungsarmes zusammen mit Veränderungen der Stoßfuge ermöglicht, wenn sich
diese bei Drehung des Drehtisches an dem Spurführungsarm vorbeibewegt. Die vertikale
Verlagerung des Spurführungsarmes wird von Mikroschaltern 116 auf beiden Seiten
dieses Armes abgetastet, welche die Vertikalbewegung dieses Armes in ein die Verschiebungsrichtung
darstellendes elektrisches Signal umsetzen. Dieses Signal wird dann zur Steuerung
des Motors 108 verwendet, welcher den Schweißkopf wieder in fluchtende Stellung
mit der Stoßfuge bringt.
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Vorzugsweise ist die Kugelrolle 112 des Spurführungsarmes 110 so nahe
wie möglich am Schweißkopf angeordnet, wobei sie jedoch nicht die Sicht des Bedienungspersonals
auf die Schweißnaht behindert. Es kann eine Verzögerungsschaltung vorgesehen sein,
welche eine Zeitverzögerung erzeugt, die gleich der Zeit ist, welche die Stoßfuge
zum Durchlaufen der Distanz zwischen dem Schweißkopf und der Kugelrolle des Spurführungsarmes
braucht, so daß der Motor 108 erst nach dieser Zeitverzögerung im Sinne einer Wiederausrichtung
des
Schweißkopfes betätigt wird. Dadurch ist also eine geschlossene Regelschleife gebildet,
welche ständig die Fluchtung des Schweißkopfes mit Bezug auf die Stoßfuge korrigiert.
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An dem Vertikalschlitten 104 ist ein Schweißkopfoszillator 118 befestigt.
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ermöglicht der Oszillator 118, der am besten
in Fig. 4 sichtbar ist, einen gesteuerten Hub bis zu 7,6 cm mit einer einstellbaren
Verweilphase an jedem Ende des Hubweges, wodurch der Schweißkopf an den Totpunkten
der Schwingungsbewegung während einer programmierbaren Zeitdauer verweilen kann.
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Am Oszillator 118 ist beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ein Lichtbogenspannungs-Steuerkopf
120 befestigt, Dieser Kopf ist für das automatische Schweißen von Formen ausgelegt,
bei denen der Arbeitsraum begrenzt ist. Der Lichtbogenspannungs-Steuerkopf 120 besteht
aus einem umsteuerbaren Schrittmotor, einer Kugelumlaufgetriebespindel, einer hin-
und hergehenden Kugelumlaufgetriebemutter und einem Präzisionsschlitten. Der Schrittmotor
dreht die Spindel des Kugelumlaufgetriebes, welche wiederum die hin- und hergehende
Getriebemutter hebt und senkt. Der bewegliche Teil des Schlittens ist unmittelbar
mit der hin- und hergehenden
Kugelumlaufgetriebemutter verbunden,
so daß er durch diese Mutter, welche den Schweißkopf trägt, angehoben und abgesenkt
wird. Der Befestigungsadapter für den Schweißkopf ist unmittelbar am beweglichen
Teil des Schlittens angeschraubt.
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Der dem Lichtb ogenspannungs-Steuerkopf 120 (der nachstehend beschrieben
wird) zugeordnete Differenzverstärker tastet die Spannung zwischen dem Schweißkopf
und dem Werkstück ab und vergleicht diese Spannung mit einer vorgegebenen Spannung,
welche den gewünschten Lichtbogenabstand zwischen dem Schweißkopf und dem Werkstück
darstellt. Wenn die tatsächliche Spannung zwischen dem Werkstück und dem Schweißkopf
von dieser vorgegebenen Spannung abweicht, wird der Schrittmotor so betätigt, daß
er den Schweißkopf wieder auf den richtigen Abstand vom Werkstück bringt. Folglich
wird während des gesamten Schweißvorganges eine konstante Lichtbogenlänge aufrechterhalten.
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Der Schweißkopf ist als einstückiges Teil jeder Schweißanordnung
ausgebildet. Der Schweißkopf weist eine einstückige Gas linse auf, welche eine stabile
Strömung eines Schutzgases mit einer Schutzzonenhöhe bis zu 2,54 cm erzeugt, damit
der Schweißbereich gut sichtbar bleibt. Der Schweißkopf und das Energiekabel werden
durch Wasserkanäle wassergekühlt, welche von der oberen Plattform 44 der mittleren
Säule 24 hergeführt sind.
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Eine Heißdrahtzuführvorrichtung 122 (am besten in den Fig. 3 und
4 dargestellt) ist neben dem Schweißkopf angeordnet und liefert von einer Rolle
124 Zusatzmaterial zur Schweißstelle. Grundsätzlich weist die Heißdrahtzuführvorrichtung
eine Schweißzusatzmaterial tragende Spule 124 auf, und das Schweißzusatzmaterial
wird durch einen Hochgeschwindigkeitsdrahtrollenantrieb 126 durch ein Kontaktrohr
128 hindurch zur Schweißstelle am Werkstück zugeführt, und zwar an einer mit Bezug
auf die Bewegungsrichtung des rohrförmigen Teils nahe hinter dem Schweißkopf gelegene
Stelle. Zwischen das Werkstück 16 und das Kontakt rohr 128 ist eine Wechselstromquelle
geschaltet, so daß der Wechselstrom durch den Zusatzmaterialdraht 130 fließt, wodurch
dieser Zusatzmaterialdraht vor der Ablagerung in der Schweißnaht durch elektrische
Widerstandsaufheizung erwärmt wird.
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Wie aus der nachstehenden Beschreibung ersichtlich ist, ist die übliche
Heißdrahtzuführung gemäß der Erfindung so abgewandelt, daß die Menge des in der
Schweißnaht abgelagerten Zusatzmaterials entsprechend der Größe der dem Schweißkopf
zugeführten Energie variabel steuerbar ist. Außerdem ist die Größe des durch den
Zusatzmaterialdraht fließenden Wechselstromes entsprechend der Geschwindigkeit,
mit welcher der Zusatzmaterialdraht in der Schweißnaht abgelagert wird, regulierbar.
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Wie aus der nachstehenden Beschreibung hervorgeht, variiert die Ablagerungsgeschwindigkeit
des Schweißzusatzmaterials an einer einzigen Schweißstelle gemäß der Erfindung in
programmierter Weise. Um dies zu erreichen, wird die dem Schweißkopf zugeführte
Energie in Abhängigkeit von der Zeit verändert. Zusätzlich kann der Zusatzmaterialvorschub
in gleicher Weise verändert werden, um die Ablagerung des Zusatzmaterials in der
Schweißnaht zu steuern. Durch den Zusatzmaterialantrieb wird ein Tachometer angetrieben,
welches ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das die Ablagerungsgeschwindigkeit
des Zusatzmaterials in der Schweißnaht darstellt. Das Ausgangssignal des Tachometers
stellt ein Rückführungssignal einer Drahtzuführungsregelung dar, welche die gewünschte
Zusatzmaterialzuführgeschwindigkeit sicherstellt. Die Programmierungsschaltungen
für die Zusatzmaterialzuführung steuern gleichzeitig die Zusatzmaterialzuführgeschwindigkeit
und den Heizstrom.
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Am Mittelsäulenschlitten und an jedem der Auslegersäulenschlitten
ist, wie oben erwähnt, eine Bedienungsplattform 52 bzw. 53 befestigt. Eine Winkeltragvorrichtung,
die mittels Zugstangen und Spannschlössern starr gehalten wird, trägt, obwohl dies
nicht dargestellt ist, das Plattformgitter, auf welchem die Bedienungsperson steht.
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Zur Anpaßbarkeit an verschiedene Kernbehältergrößen sind Plattformzusatzteile
und Spannseile vorgesehen. Zum Anbringen der Zusatzplattformteile sind Ans chlußp
latten vorgesehen.
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Diese Plattformzusatzteile sind allgemein durch die Verlängerungen
90 in Fig. 3 dargestellt.
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Das Installationssystem ermöglicht die Zuführung von Luft, Kühlwasser,
Schweißgas, Gas für den Heißdrahtkopf und Spülgas zu den gewünschten Stellen durch
nicht verwechselbare Schnelltrenn-Doppelabsperranschlüsse. Die Rohrgrößen und Rohrwerkstoffe
sind so ausgewählt, daß ein niedriges Druckgefälle und eine geringe Durchlässigkeit
für das jeweilige Strömungsmittel gegeben sind. Beispielsweise ist Nylon für die
Gasleitungen und Polyäthylen für die Wasser- und Luftleitungen verwendbar. Alle
beim vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigten Systeme sind an eine Wolfram-Inertgasschweißanordnung
angepaßt, jedoch ist es selbstverständlich, daß andere Schweißverfahren in Verbindung
mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von hochpräzisen reproduzierbaren
Schweißnähten anwendbar sind.
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Jeder Manipulatorausleger 50 ist mit einer Steuertafel 132 versehen,
die gleich ausgebildet wie die den anderen Schweißvorrichtungen zugeordneten Steuertafeln
und mit diesen austauschbar ist. Jede Steuertafel ist so gestaltet, daß
die
Bedienungselemente für eine leichte Bedienung während des Schweißens optimal angeordnet
sind, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Eine zweite feststehende Steuerkonsole 134, die
jedem Bedienungsstand zugeordnet ist, ist für Funktionen vorgesehen, die während
des jeweiligen Schweißvorganges normalerweise nicht benötigt werden.
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Die austauschbaren Steuertafeln 132 weisen Steuerelemente zum Einfahren
(136) und Ausfahren (138) des Auslegers, zum Heben (140) und Absenken (142) des
Hauptschlittens, zum Einstellen der Höhe des Schweißkopfes (144), zum Einstellen
der Lichtbogenlänge (146), zur Grob- und Feineinstellung des Stromes (148) zur Erwärmung
des Zusatzwerkstoffes, zur Einstellung des Schweißgleichstromes (150), zur Steuerung
des Oszillators (152), zur Steuerung des Gradienten der Zusatzmaterialzuführung
( 154), weiter zur Steuerung des Reinigungsgases (156), der automatischen Spannungsregelung
des Schweißkopfes ( 158), der automatischen Drahtzuführung ( 160), den Verlauf des
Stromes zum Schweißkopf (162), der Drehung des Drehtisches (164), ferner zur Steuerung
des Schweißbeginns und des Schweißendes (166), sowie einen Nothaltschalter 168 zum
Abschalten der Vorrichtung auf.
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Außerdem ist ein Nebensteuerstand-Koordinierungsschalter 170 vorgesehen,
der eine Bewegung des Mittelsäulensteuerstandes verhindert, solange ein Befehl dazu
nicht von beiden Mittelsäulensteuerständen
vorliegt. Mittels eines
Schlüsselschalters 172 kann die logische Koordinationsüberwachung des jeweils anderen
Steuerstandes abgeschaltet werden, so daß die Plattform von nur einem Steuerstand
aus bewegbar ist. Zusätzlich zu den an der Steuertafel 132 angeordneten Steuerelementen
sind gemäß Fig. 12 digitale Direktanzeigeeinheiten 174 vorgesehen, und zwar eine
Anzeigeeinheit 176 für die Lichtbogenspannung, eine Anzeigeeinheit 176 für die Drahtzuführgeschwindigkeit
und eine Anzeigeeinheit 180 für den Schweißstrom. Die an der feststehenden Konsole
134 angeordneten Steuerelemente enthalten Einstellorgane für die linke und rechte
Verweilphaseneinstellung, die Oszillatorgeschwindigkeit, die Schwingungsamplitude,
die normale Drahtzuführgeschwindigkeit, die Lichtbogenspannungsempfindlichkeitssteuerung,
den Gasnachstrom nach dem Abschalten, die Wasserpumpensteuerung und die Steuerung
der Drehrichtung des Drehtisches.
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Die Schaltung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist
so ausgebildet, daß auf Befehl anfänglich die Dicke des Zusatzmaterialauftrags mit
der Zeit entlang einer gegebenen Schweißstrecke erhöht wird, bis eine feste vorgegebene
Dicke erreicht worden ist. Es wird nochmals daran erinnert, daß die beiden Schweißköpfe
in jedem gegebenen Zeitpunkt identische Schweißungen an den beiden um 1800 versetzten
Schweißstellen erzeugen. Nachdem ein
Schweißkopf einen Bogen entsprechend
1800 durchlaufen hat, kann ein Befehl erzeugt werden, die Dicke des Zusatzmaterialauftrags
im gleichen Maße zu verringern, in welchem die anfängliche Dickensteigerung stattgefunden
hat, bis eine gleichförmige Schweißnahtdicke am gesamten Umfang der Stoßfuge erhalten
worden ist. Jeder Schweißdurchgang sollte daher eine gewisse überlappung aufweisen.
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Eine beispielsweise elektronische Schaltung zur Bereitstellung des
programmierten Schweißgleichstromes, der zur Herstellung des gewünschten Steigerungsmaßes
der Schweißauftragdicke erforderlich ist, ist in Fig. 13 dargestellt.
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Die Hauptbauelemente sind ein Verstärker 200, der als Integrator dient,
ein Verstärker 202, ein Spannungsinverter und ein Verstärker 204, der als Addierer
dient. Als Stromquelle für die Verstärker dient eine 30-V-Gleichstromquelle. Drei
Schweißstärkesteuerorgane, nämlich "Anfangsabschnitt" (206>, "Hauptschweißabschnitt
" (208) und $'Endabschnitt" (210) sind als Spannungsteiler geschaltet, um das gewünschte
Dickenänderungsprogramm weiter zu entwickeln. Diese Steuerorgane sind in der Bedienungskonsole
untergebracht und werden normalerweise vor Schweißbeginn eingestellt.
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Vor dem Zünden eines Schweißlichtbogens beträgt die Ausgangsspannung
des Verstärkers 200 etwa -10 V Gleichspannung,
was durch die Zenerspannung
einer Zenerdiode 212 und den Spannungsabfall an einer Diode 214 bestimmt ist. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 200 wird den potentialhöheren Enden des Anfangsabschnittpotentiometers
206 und des Endabschnittpotentiometers 210 zugeführt, und die am Schleifer des Anfangsabschnittpotentiometers
erscheinende Spannung gelangt über normalerweise geschlossene Kontakte eines Relais
216 und einen Widerstand 218 zum invertierenden Eingang des Verstärkers 204. Ferner
wird das Ausgangssignal des Verstärkers 200 über einen Widerstand 220 dem invertierenden
Eingang des Verstärkers 202 zugeführt. Ein +15-V-Gleichspannungssignal, welches
über ein Potentiometer 222 (ein dem Verstärker 202 zugeordnetes Trimmpotentiometer)
und einen Widerstand 224 zum Inverter gelangt, wird (durch Einstellen des Potentiometers
222) algebraisch mit dem -10-V-Ausgangssignal des Verstärkers 200 summiert, so daß
am Ausgang des Verstärkers 202 ein Signal von 0 V erscheint.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 204 ist durch einen 150-<-Gegenkopplungswiderstand
226 und über die normalerweise geschlossenen Kontakte eines Relais 228 auf einen
Wert von weniger als +1 V Gleichspannung blockiert.
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Die Zündung eines Gleichstrom-Lichtbogens erzeugt ein Signal, welches
das Relais 228 betätigt, welches dann
seinerseits den Blockierkreis
über dem Verstärker 204 öffnet und dadurch bewirkt, daß der Verstärker 204 ein Inverter
mit dem Verstärkungsfaktor 1 wird, und welches gleichzeitig den Stromkreis vom Ausgang
des Verstärkers 204 zum Schaltungsausgang schließt. Dadurch kann die Inversion der
am Schleifer des Anfangsabschnittpotentiometers abgegriffenen Spannung am Ausgang
des Verstärkers 204 erscheinen, von wo aus sie zum Gleichstrom-Leistungssteuerkreis
gelangt.
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Gleichzeitig mit den oben erwähnten Ereignissen hat das Relais 228
den Signaleingang des Verstärkers 200 von der über einen Widerstand 230 zugeführten
festen positiven Spannung, die den Verstärkerausgang auf -10 V Gleichspannung gehalten
hat, auf ein negatives Signal umgeschaltet, mit welchem der Verstärkereingang dann
über ein Anstiegsgeschwindigkeitspotentiometer 232, einen 0 - 10/0 - 100 s-Bereichsschalter
234 und ein jeweils zugehöriges ßereichseichungstrimmpotentiometer 236 verbunden
ist.
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Diese Änderung der Verstärkereingangspolarität bewirkt den Beginn
einer Integration von -10 V Gleichspannung aus mit einer Geschwindigkeit, die durch
die Einstellungen der oben erwähnten Bauteile festgelegt ist.
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Da der Verstärker 200 von -10 V bis 0 V zu integrieren
beginnt,
wird das negative Eingangssignal des Verstärkers 202 verkleinert, wodurch das positive
Eingangssignal mit der Folge überwiegt, daß das Ausgangssignal des Verstärkers 202
gleichzeitig mit dem Anstieg der Ausgangsspannung des Verstärkers 200 von -10 V
bis 0 V von 0 V bis -10 V Gleichspannung abfällt.
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Das Ausgangssignal des Verstärkers 202 wird der potentialhöheren
Seite des llauptschwe#ßabschnittpotentiometers 208 zugeführt und der abgegriffene
gewünschte Spannungswert gelangt über einen Widerstand 238 und wird im Verstärker
204 mit dem Signal des Verstärkers 200 bzw. des Widerstands 218 summiert. Das Endausgangssignal
ist eine positive Schwingung von der Anfangsabschnitt-Stromeinstellung zur HauptscAweißabschnitt-Stromeinstellung
während der Anstiegszeit.
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Wenn die Bedienungsperson den Ablauf #tSchweißunter# brechung" einschalten
will, dreht sie den Schweißstart-Schalter 166 (Fig. 12) in die Stopp-Stellung, wodurch
das Relais 216 betätigt wird. Das Relais 216 schaltet das Signal vom Schleifer des
Anfangsabschnittpotentiometers 206 zum Schleifer des Endabschnittpotentiometers
210 und den Eingang des Verstärkers 200 vom negativen Anstiegsgeschwindigkeit-Kreis
zum positiven Signal des Ab fallgeschwindigkeit-Kreises. Diese Umschaltung bewirkt,
daß
der Verstärker 200 von 0 V bis -10 V zu integrieren beginnt.
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Diese Schwingung hat auf den Verstärker 202 eine Wirkung, die entgegengesetzt
der oben für den Anstieg beschriebenen Wirkung ist, d.h. der Ausgang dieses Verstärkers
202 läuft von -10 V zurück zu O V. Das Endergebnis ist eine lineare Änderung des
Ausgangssignals des Verstärkers 204 von dem durch das Hauptschweißabschnittpotentiometer
208 eingestellten Wert zu dem durch die Einstellung des Endabschnittpotentiometers
210 vorgegebenen Wert. Dieses Ausgangssignal wird dem Schweißkopf übermittelt. Wie
oben erwähnt, wird die Zusatzmaterialzuführung und die Vorwärmung des Zusatzmaterials
entsprechend dem Schweißstrom gesteuert.
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Der Spurführungssteuerkreis, der auf die Stellung des Spurführungsarmes
anspricht und den Schweißkopf mit Bezug auf die Schweißnaht korrigiert und ausrichtet,
bildet ebenfalls einen Teil der Gleichstrom-Steuerschaltung. Seine in Fig. 14 dargestellten
Hauptkomponenten sind vier Leistungsdioden 240 und Relais 242 und 244.
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Die vier Dioden bilden einen Vollweggleichrichter, welcher die 115-V-Netzwechselspannung
246 in eine Gleichspannung umformt, die für den Motor zur Ausrichtung des Schweißkopfes
gebraucht wird. Die Motorfeldspannung wird
kontinuierlich direkt
angelegt, während die Ankerspannung über einen Strombegrenzerwiderstand 248 mit
1052 und 10 W und einen Umsteuerrelaiskreis 250 angelegt wird.
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Wenn eine bestimmte Bewegungsrichtung durch die Mikroschalter vorgegeben
wird, welche durch einen vertikalen Versatz des Spurführungsarmes betätigt werden,
so wird das jeweils zugehörige Relais (für Aufwärtsbewegung das Relais 242, für
Abwärtsbewegung das Relais 244) betätigt und legt die Ankerspannung mit der für
die geforderte Bewegungsrichtung richtigen Polarität an den Motor an. Wenn die Bewegung
beendet wird, wird der Widerstand 248 als dynamische Bremse zur Verringerung von
Überschwingungen über den Anker geschaltet. Ein Versatz erzeugt also ein Fehlersignal,
welches den Motor in der geeigneten Richtung zur Verkleinerung des Fehlers und folglich
zur Korrektur der Position des Schweißkopfes betätigt.
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Ein beispielsweiser Schaltkreis zur Steuerung der vertikalen und
horizontalen Auslegerbewegung ist in Fig. 15 gezeigt. Um die folgende Beschreibung
der Schaltung verständlicher zu machen, sei angenommen, daß der eine Steuerstand
auf der Mittelsäule, der mit ~A" bezeichnet sei, der Hauptsteuerstand ist und der
andere Steuerstand,
der mit "B" bezeichnet sei, der Nebensteuerstand
ist. Wie oben schon erläutert, ist die Schaltung für jeden Steuerstand gleich und
es müssen von beiden Steuerständen gleichzeitig Befehle gegeben werden, bevor eine
Vertikalbewegung entlang der Mittelsäule stattfinden kann.
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Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß jeder der vier vorhandenen
Steuerstände als Hauptsteuerstand verwendet werden kann und jeder beliebige zweite
Steuerstand der Nebensteuerstand sein kann.
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Als Energiequelle für die Schaltvorgänge zur Steuerung der vertikalen
und horizontalen Auslegerbewegungen an den Säulen wird eine 115-V-Wechselstromquelle
verwendet, Wenn der Zulassungsschalter 170 des Nebensteuerstandes betätigt wird,
so wird die 115-V-Speisespannung zu einem Anschluß 252 zugeführt und zum Anschluß
254 am Steuerstand "A" zurückgeführt. Dieser Anschluß ist mit einer Seite sämtlicher
Vertikal/Horizontal-Vorschubschaltblöcke 256 verbunden. Es sei nun angenommen, daß
die Vorschubrichtung "Aufwärts" gewählt wird, wodurch die Spannung von 115 V zu
Anschlüssen 258 und 260 zugeführt wird.
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Der Anschluß 260 ist mit einer Seite des Sicherungsbolzen-Einziehmagneten
78 verbunden. Dieser Sicherungsbolzen
Einziehmagnet 78 dient zum
Lösen des Verriegelungsbolzens, der in eine der Bohrungen 74 der Mittelsäule eingreift
und die Ausleger in ihrer Vertikalstellung sichert. Die andere Seite dieses Elektromagneten
ist über einen normalerweise geschlossenen Stromkreis 262 des Schalters zur Zahnstangenverriegelung
(der zur Verriegelung der Ausleger in ihrer Position dient, wie oben beschrieben
ist), und einen normalerweise geschlossenen Kontakt eines Relais 264 mit dem anderen
Pol der 115-V-Wechselstromquelle verbunden.
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Dadurch wird der Magnet 78 erregt und zieht den Verriegelungsbolzen
aus der Bohrung 74 heraus, der gegen einen Grenzschalter stößt und dessen Kontakte
betätigt.
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Der Anschluß 258 ist mit den Aufwärts- und Abwärtskontaktsätzen des
Schützes des Vertikalvorschubmotors (vertikaler Mitte isäulenvorschub) verbunden.
Der Aufwärts -kontaktsatz ist ein normalerweise offener Kontaktsatz auf der Aufwärts-Spule,
welche mit dem 115-V-Anschluß verbunden ist. Der Abwärtskontaktsatz ist ein normalerweise
geschlossener Kontaktsatz, der mit einer Seite der Aufwärtsspule verbunden ist.
Die andere Seite der Aufwärtsspule ist über einen normalerweise geschlossenen Aufwärts-Begrenzungsschalter
268 und den normalerweise geöffneten Verriegelungsbolzen-Grenzschalter 270 (der
nicht geschlossen
ist, weil der Verriegelungsbolzen eingezogen
ist) mit einem Anschluß 266 verbunden, der zur anderen Seite der 115-V-Quelle führt.
Dieser Schaltkreis erregt nun die Aufwärts spule am Vertikalhubmotor, welche eine
dreiphasige 440-V-Wechselspannung an den mittleren Vertikalantriebsmotor zur Erzeugung
der Aufwärtsbewegung anlegt. Es ist zu bemerken, daß an dieser Stelle der heiße
115-V-Pol der Aufwärtsspule am Vertikalantriebsmotor durch ihre normalerweise geöffneten
Kontakte verriegelt ist und die Aufwärtsbewegung auch dann fortgesetzt wird, wenn
entweder der Zulassungsschalter des Nebenbedienungsstandes oder der Aufwärtsschalter
oder diese beiden Schalter losgelassen werden, bis der Stromkreis auf der anderen
Seite der Aufwärtsspule geöffnet wird. Dies erfolgt dadurch, daß der Verriegelungs#bolzen
in die nächste Aufnahmebohrung einrastet oder das Ende des möglichen Vorschubweges
erreicht und der Aufwärtsbegrenzungsschalter betätigt worden ist.
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Die Programmschaltung für die Heißdrahtzuführung weist gemäß Fig.
16 eine Positionsservosteuerschaltung auf, deren Hauptkomponenten beispielsweise
ein als Integrator arbeitender Operationsverstärker 300, ein als Kathodenfolger
geschalteter Verstärker 302 und Schaltrelais 304 und 306 sind. Im
Stillstands
zustand wird der Verstärker 300 infolge des -15-V-Gleichspannungseingangssignals
auf 0 V gehalten. Dieses Eingangssignal wird über einen Widerstand 308 und die normalerweise
geschlossenen Kontakte des Relais 304 zugeführt und sucht den Verstärkerausgang
positiv auszusteuern, der jedoch durch den Vorwärtsspannungsabfall einer Diode 302
zurückgehalten wird. Da das Ausgangssignal des Verstärkers 300 über das Heißdraht-Spannungseinstellpotentiometer
312 gelangt, welches den Eingangspegel des Verstärkers 302 einstellt, liegt der
Ausgang dieses Verstärkers 302, der schließlich zum Positionsservo führt, auf 0
V.
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Wenn eine Schweißfolge begonnen hat und der Draht zum Werkstück vorgeschoben
worden ist, wird das Relais 304 erregt und schließt Stromkreise zum Eingang des
Verstärkers 300, zum Anstiegszeitpotentiometer 314 und zum Anstiegseichungstriminpotentiometer
316, wodurch der Verstärker 300 mit gewünschter Geschwindigkeit eine Integration
auf etwa -10 V Gleichspannung beginnt. Diese Gleichspannung von -10 V wird über
das Heißdraht-Spannungseinstellpotentiometer 312 gelegt, von welchem ein gewünschter
Spannungswert mittels des Schleifers abgegriffen und dem Verstärker 302 zugeführt
wird. Der Ausgang des Verstärkers 302 ist exakt gleich seinem Eingang, weist jedoch
einen viel kleineren
Innenwiderstand auf. Das Ausgangssignal des
Verstärkers 302 wird dann zum Eingang des Positionsservo geführt. Während des Schweißens
kann#dasPotentiometer 312 verstellt werden, um einen unterschiedlichen Ausgangspegel
des Verstärkers 302 zu erhalten, wodurch die relative Stellung des Drehreglers an
der Wechselstrom-Leistungsquelle verändert wird.
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Wenn der Ablauf ~Stopp" gewählt wird, so beginnt der in Fig. 17 gezeigte
Stoppverzögerungszeitgeber 318 zu arbeiten und erregt schließlich das Relais 306.
Dieses Relais schaltet den Eingang des Verstärkers 300 vom " Anstiegs" -Schaltkreis
zum "Abfall"-Schaltkreis, welcner ein Abfallzeitpotentiometer 320 und ein Abfalleichungtrimmpotentiometer
322 aufweist, welches ein in den negativen Bereich gehendes Signal erzeugt. Dieses
Signal bewirkt, daß der Verstärker 300 von etwa -10 V zu O V zurückintegriert, was
einen entsprechenden Abfall des Ausgangssignals des Verstärkers 302 zur Folge hat,
welches wiederum das Steuersignal zum Positionsservo verringert.
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Der Wechselstrompositionsservo, der den programmierten Strom zur
Vorwärmung des Schweißzusatzmaterials liefert, ist in Fig. 18 dargestellt. Seine
Hauptkomponenten sind
ein Operationsverstärker 324 in einem "O"-Typ-Positionsservo
326, der eine einstellbare Verstärkung von xl bis x100 aufweist, weiter einen Leistungs-Spannungsteiler
328, eine bidirektionale Gleichstrombrücke 330, die aus zwei Zündkreisen 332 und
vier steuerbaren Siliziumgleichrichtern 334 besteht, und ein Gleichstrom-Motor/Tachometer
336, welcher den Drehregler 338> ein Drahtzuführungsantriebspotentiometer 340
und ein Positionsgeberpotentiometer 342 antreibt.
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Der Klarheit wegen sei angenommen, daß der Drehregler 338 und das
Positionsgeberpotentiometer 342 hinsichtlich ihrer Drehwinkel synchronisiert sind
und beide am linken Anschlag stehen, so daß am Ausgang des Gebers eine Spannung
von O V steht. Solange über den Widerstand 334 kein Eingangsbefehlssignal ankommt,
steht der Ausgang des Verstärkers 324 auf Null, so daß kein Ansteuersignal zum Motor
erzeugt wird.
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Wenn ein Schweißprogramm begonnen wird und ein negatives Steuersignal
über den Widerstand 344 zum Verstärker 324 gelangt, wird dieses Signal mit der eingestellten
Verstärkung des Verstärkers 324 verstärkt und erscheint als positives Potential
am Verstärkerausgang. Dieses Potential gelangt zur Polaritätsabtastdiode 346 und
durch den Widerstand 348 und erregt den Zündkreis 350, der seinerseits die steuerbaren
Siliziumgleichrichter
352 und 354 durchschaltet, so daß an der mit 356 bezeichneten Seite des Ankers des
Positionsservomotors eine positive Gleichspannung anliegt. Diese positive Gleichspannung
bewirkt eine Drehung des Motors/ Tachometers in der mit C bezeichneten Richtung
und stellt den Spannungseinstelldrehregler 338, das Drahtzuführpotentiometer 340
und den Positionsgeber 342 in Richtung zu deren rechtem Anschlag hin weiter. Wenn
die zunehmende positive Spannung vom Positionsgeber 342 sich dem Amplitudenwert
des negativen Befehlsignals nähert, nähert sich die algebraische Summe dem Wert
O V. Wenn dieses vom Verstärker 324 verstärkte Fehlersignal Null wird, ist kein
Steuersignal mehr vorhanden und der Motor bleibt in dieser Position stehen.
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Wenn das durch den Widerstand 344 ankommende negative Befehlssignal
von Hand verringert wird, indem der Heißdraht-Spannungseinsteller 148 auf der in
Fig. 12 gezeigten Steuertafel von Hand gedreht wird, oder wenn dieses Signal, wie
beispielsweise beim Stopp-Ablauf, automatisch verringert wird, so wird die positive
Spannung am Schleifer des Positionsgebers 342 vorherrschend und wird vom Verstärker
324 verstärkt und invertiert und danach zur Polaritätsabtastdiode 358 des Zündkreises
360 geleitet. Dadurch werden die steuerbaren Siliziumgleichrichter 362 und 364 durchgeschaltet
und
erzeugen eine negative Gleichspannung an der mit 356 bezeichneten Seite des Ankers/Tachometers
des Positionsservomotors, welcher den Spannungsdrehregler 338, das Drahtzuführpotentiometer
340 und den Positionsgeber 342 zum linken Anschlag zurückdreht, bis wieder ein O-Ausgang
vorhanden ist.
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Ein Tachometer 360, der unmittelbar mit der Ankerwelle 362 gekuppelt
ist, erzeugt ein Signal mit entgegengesetzter Polarität zu dem den Verstärker 324
ansteuernden Signal.
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Dieses Signal gelangt über das Tachometertrimmpotentiometer 364, welches
so eingestellt ist, daß sich die beste Positionsempfindlichkeit und die geringste
Schwingung in der Nullzone ergibt. Die Hauptfunktion des Verstärkungstrimmpotentiometers
366 ist die Einstellung der optimalen Nullz onenb reite.
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Es sollte bemerkt werden, daß, wenn der Positionsservo automatisch
heruntergesteuert wird, das normalerweise negative Signal am Widerstand 344 durch
Null geht und bis etwa + 0,5 V ansteigt. Dies verhindert, daß oberhalb des geringsten
Pegels ein Nullwert erscheint, so daß folglich der Spannungsdrehregler 338 im Gegenuhrzeigersinn
bis an einen Gummipolsteranschlag gedreht wird, wo die Rutschkupplung durchdreht
und ein Leerlauf stattfindet, bis der Lichtbogen
gelöscht ist.
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In Reihe mit dem Positionsgeber sind zwei Trimmpotentiometer geschaltet.
Das Höchstwert trimmpotenti ometer 368 ermöglicht die Einstellung der maximal gewünschten
Rechtsstellung des Drehreglers 338 beim maximalen am Widerstand 344 erscheinenden
Steuersignal. Das Niedrigstwerttrimmpotentiometer 370 ermöglicht die Linkseinstellung
bei kleinstem vorhandenem Signal.
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Der als Folger verwendete Verstärker 372 wandelt die Ausgangsspannung
des Draht zuführungspotentiometers 340 in einen Niederimpedanz-Pege 1 für die Rückübertragung
zur Steuertafel um.
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Der Zusatzmaterialdraht-Zuführservo und die Steuerfolgelogik weisen
beispielsweise die folgenden Hauptkomponenten auf: Zwei Festkörperzeitgeber 374
(Startverzögerung) und 318 (Stoppverzögerung)> einen Operationsverstärker 376,
der als Inte gral-Prop ortional-Servovorverstärker dient, eine Zündeinrichtung 378
für steuerbare Siliziumgleichrichter und eine aus steuerbaren Siliziumgleichrichtern
gebildete Vollwegbrücke 380. Bei den in diesem System verwendeten Relais handelt
es sich um ein automatisches Laufrelais 3i82, das Abfallrelais 306, das Drahtmotoreinschaltrelais
386,
ein Aufwärts/Auswärts-Hub-Relals 384 und ein Abwärts/Einwärts-Hub-Relais
388. Der Drahtvorschub-EIn-Schalter ermöglicht das Anlegen einer +24-V-Gleichspannung
an die Spulen der Relais 384, 388 und 386 im jeweils richtigen Zeitpunkt, wodurch
der Drahtvorschubablauf gesteuert wird.
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Wenn an der Schwelßstelle ein Gleichstromlichtbogen gezündet worden
ist, gelangt die +24-V-Gleichspannung über den Anschluß 390 zum Zeitgeber 374. Dadurch
bewirkt der Zeitgeber eine Verzögerung um die gewünschte Zeitspanne, die durch den
Startverzögerungswähler 394 auf der Steuertafel in dem mittels des Schalters 392
eingestellten Bereich (beispielsweise im Bereich 0 bis 10 Sekunden oder 0 bis 100
Sekunden) gewählt ist. Am Ende dieser Verzögerungszeit schließt der Zeitgeber 374
den normalerweise geöffneten Kontaktsatz 396, wodurch der Oszillator automatisch
angesteuert wird. Wenn der Betriebsartschalter 398 für die Drahtzuführung in der
"Auto"-Stellung steht, gelangt die +24-V-Gleichspannung an den Zeitgeber 374 und
den Betriebsartschalter 398, welcner das Relais 382 erregt. Das Relais 382 schaltet
die +24-V-Gleichspannung über die normalerweise geschlossenen Kontakte 400 zur Spule
des Relais 388, welches seinerseits die +24-V-Gleichspannung zu den Spulen des Relais
384 und des Relais 386 schaltet.
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Die Ansteuerung der Relais 384, 388 und 386 schließt den Stromkreis
von der steuerbaren Gleichrichterbrücke 380 zum Motoranker, wodurch der Motor bereit
ist, mit der
Draht zuführung zu beginnen. In diesem Zeitpunkt ist
der Vorschubhubkreis entregt. Eine zweite Funktion des Relais 382 ist das Schließen
des Kreises 402, welcher das Schweißschütz in der Wechselstrom-Leistungszuleitung
betätigt. Schließlich schaltet das Relais 382 das positive Gleichstrom-Steuersignal
vom Abwärtshubeinstellpotentiometer 404 über die nunmehr geschlossenen Kontakte
des Relais 386 und den Widerstancl 406 zur Summierverbindung des Verstärkers 376
ein.
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Der Verstärker 376 erhält das Steuersignal, invertiert dieses und
beginnt bis zu einem Gleichspannungsausgangssignal von etwa 10 V zu integrieren.
Die 10 V sind durch die Zenerdiode 408 festgelegt. Wenn der Verstärker negativ auszusteuern
beginnt, leitet die Polaritätsabtastdiode 410 dieses Signal zur Steuerwicklung der
Zündeinrichtung 378, welche die steuerbaren Gleichrichter 412 und 414 der Vollwegbrücke
in der Motorzuleitung durchschalten. Die Ausgangsspannung dieser Brücke gelangt
über den Widerstand 416, der zur Begrenzung hoher Stromstöße dient (die beim Umsteuern
der Motorrichtung während des Hub ab laufs auftreten können), zum Anker des Drahtzuführmotors.
Mit dem Anker 362 ist der Tachometergenerator 360 gekoppelt, der nun beginnt, über
dem Tachometereinstellpotentiometer 418 eine Spannung zu erzeugen. Das Potentiometer
418 teilt diese Spannung
und leitet einen gewünschten Spannungspegel
über den Widerstand 420 zur Summierverbindung des Verstärkers 376, welche eine entgegengesetzte
Polarität wie das über den Widerstand 406 zugeführte Befehlssignal hat. Wenn der
Motor eine Drehzahl erreicht, welche zur Erzeugung eines Tachometersignals über
den Widerstand 420 führt, das hinsicntlich seiner Amplitude gleich dem über den
Widerstand 406 zugeführten Signal ist, beträgt die algebraische Summe Null, weshalb
der Verstärker 376 aufhört zu integrieren. Der Kondensator 422 hält den Ausgang
auf dem Pegel, der erforderlich ist, damit der Motor mit dieser Drehzahl weiterläuft,
Wenn der Motor/Tachometer die gewünschte Drehzahleinstellung übersteigen würde,
würde die invertierte Differenz am Ausgang des Verstärkers 376 eine ins positive
gehende Integration beginnen, die Zündeinrichtung 378 würde die steuerbaren Gleichrichter
mit geringerem Phasenwinkel ansteuern und folglich würde die Motordrehzahl auf den
gewünschten Wert verringert.
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Wird der Verstärker 376 als Integral-Proportional-Servosteuerorgan
weiter untersucht, so zeigt sich, daß, wenn der Motor langsamer als gewünscht läuft,
das Steuersignal vorherrscht, was ein stärker negatives Ausgangssignal und folglich
eine vorgerückte Phasenwinkelzündung und
eine erhöhte Drehzahl
zur Folge hat. Wenn umgekehrt der Motor schneller als gewünscht läuft, so herrscht
das Tachometersignal vor, was ein weniger negatives Ausgangssignal und eine verringerte
Drehzahl zur Folge hat. Folglich läuft der Motor im stationären Zustand mit der
gewünschten Drehzahl; es ist keine Abweichung zwischen den Amplituden des Steuer-
und des Rückführungssignals vorhanden und die Schaltungsauslegung ist genau bezeichnet
ein "Stationärzustand-0-Fehler-Proportionalservo, Typ 1".
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Es wird ein automatischer Drehzahlbefehl entwickelt, und zwar beginnend
bei 10 V, die von einer +15-V-Gleichstromquelle abgegriffen werden, welch letztere
zur Speisung vieler der verwendeten Verstärker benützt wird, und dieser Drehzahlbefehl
wird beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dem im Uhrzeigersinn liegende Ende eines
Maximalgeschwindlgkeitspotentiometers mit fünf Windungen zugeführt, Der Schleifer
dieses Potentiometers ist mit der Hauptkcnsole und mit dem im Uhrzeigersinn liegenden
Ende des Drahtzuführgescnwindigkeitspotentiometers verbunden, welches mechanisch
mit dem Heißdraht-Drehregler in der Wechselspannungsversorgung gekuppelt ist. Das
im Gegenuhrzeigersinn liegende Ende dieses Drehzahlpotentiometers ist zur Hauptkonsole
zurückgeführt und an den Schleifer eines Minimalgeschwindigkeitspotentiometers mit
fünf Windungen angeschlossen. Das Minimaldrehzahlpotentiometer
ist
mit seinem im Gegenuhrzeigersinn gelegenen Ende mit dem Bezugspotential einer +15
V-Gleichstromquelle verbunden.
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Der beschriebene Schaltkreis stellt ein Drahtzuführges chwlndigkeitspotentiometer
mit einem Höchstwert- und einem Niedri gstwertserlentrlmmer dar. Das Befehlssignal
wird vom Drahtgeschwindigkeitspotentiometer 340 in der Wechselspannungsversorgung
abgenommen und dem Verstärker 372 zugeführt, welcher der Folgeverstärker ist. Das
Ausgangssignal des Verstärkers 372 wird dem Heißdrahtschaltungschassis zuge führt.
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Nachdem das Schütz nun erregt ist und der Draht mit der gegebenen
Abwärtshubgeschwindigkeit langsam zum Werkstück hinbewegt wird, erregt der Stromfühlerkreis
424 das Relais 304, sobald eine Berührung mit dem Werkstück stattfindet, wodurch
der Positionsservo auf Aufwärtshub gestellt und der Drehzahlbefehl zum Wechselspannungs-Drahtzuführgeschwindigkeitspotentiometer
geschaltet wird. Von diesem Punkt an bis zum Abfall hängt die Drahtzuführgeschwindigkeit
von der Heißdrahtspannüngseinstellung ab, wobei die Minimal- und Maximal-Trimmeinstellorgane
zum Balancieren des Verhältnisses von Wechselstromleistung zu Draht geschwindigkeit
benützt werden.
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Wenn der Stoppfolgeschalter betätigt wird, wird das Relais 306 erregt
und stellt den Positionsservo in die Abfallstellung, und der Stoppverzögerungszeitgeber
318 beginnt die Zeitsteuerung mit der durch die Einstellung des Stoppverzögerungspotentiometers
426 und dem 0 bis 10/0 bis 100 s-Bereichsschalter 428 (Fig. 17) vorgegebenen Zeitspanne.
Am Ende der Stoppverzögerungszelt werden die normalerweise geschlossenen Kontakte
400 geöffnet und der Oszillator abgeschaltet, während die normalerweise geschlossenen
Kontakte die +24-V-Leitung zu den Spulen der Relais 388 und 386 trennen, welche
ihrerseits den Drahtzuführmotor von der Gleichrichterbrücke 380 trennen und den
als dynamische Bremse wirkenden Widerstand 430 (Fig. 16) über den Anker 362 schalten,
wodurch unnötiger Leerlauf verhindert wird.
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Auf den Steuertafeln jedes Steuerstandes ist ein Knebelschalter 156
(Fig. 12) mit zwei Stellungen angeordnet, der bei Betätigung gleichzeitig Gassteuer-
und Wassersteuermagnete für die von dem betreffenden Steuerstand überwachte Schweißstelle
und die genau gegenüberliegende Schweißstelle erregen.
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Zur Auslösung der Drehfunktionen an der Steuertafel muß
zuerst
der Reinigungsgasschalter in der Ein-Stellung stehen, wie in dem in Fig. 19A wiedergegebenen
logischen Diagramm gezeigt ist. Die elektrische Verriegelung verhindert, daß infolge
mangelnder Gasströmung ein Schaden am System entsteht. Der Drehung-Start/Stopp-Schalter
164 (Fig. 12) ist ein Knebelschalter mit zwei Stellungen, der unten in der Mitte
der Steuertafel angeordnet ist.
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Auf dem Schlitten der Mittelsäule sind zwei Hochfrequenz-Leistungseinheiten
angeordnet und auf jeder der Auslegersäulen befindet sich eine derartige Einheit.
Jede dieser Einheiten weist eine Relaisabtastschaltung auf, welche den Lichtbogen-Ein-Zustand
signalisiert. Die Hochfrequenz wird eingeschaltet, wenn der Schweißschalter 166
(Fig. 12), der sich im unteren Mittelbereich der Steuertafel befindet, betätigt
wird. Dieser Schalter kann nur dann betätigt werden, wenn vorher die Gas- und Drehfunktionen
gemäß Fig. 19A ausgelöst worden sind. Die Hochfrequenz wird aufrechterhalten, bis
ein Lichtbogen gezündet wird. Sodann wird der Lichtbogen zwischen der Schweißelektrode
und der Schweißnaht durch den Schweißgleichstrom aufrechterhalten.
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Die Steuerungen 162 (Fig. 12) für den Schweißgleichstrom liegen im
rechten Mittelabschnitt der austauschbaren Steuertafel und in der jeder Schweißeinrichtung
zugeordneten
feststehenden Konsole. Die drei Stromeinstellungen
"Anfangsabschnitt'1, ~#auptschweißabschnitt" und "Endabschnitt" werden an der feststehenden
Steuerkonsole eingestellt, bevor der Schweißvorgang beginnt. Die Anstiegs- und Abfallgeschwindigkeitseinstellungen
sind in Sekunden geeicht (die Anstiegsgeschwindigkeitseinstellung gibt die Anzahl
von Sekunden an, welche der lineare Anstieg vom Anfangsstrom bis zum Schweißstrom
braucht).
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Auf dem Chassis im Inneren der feststehenden Steuerkonsole befindet
sich ein Knebelschalter, welcher den Bereich der Anstiegs- und Abfallzeitgeber entweder
auf 0 bis 10 s oder 0 bis 100 s einstellt. Der Abfallvorgang kann von Hand ausgelöst
werden, indem der Schweißstart-Schalter 166 (Fig. 12) in die Stoppstellung gestellt
wird. Um den Lichtbogen vorzeitig zu löschen, kann ein Nothaltschalter 168 gedrückt
werden (ein großer Knopf auf dem unteren rechten Teil der austauschbaren Steuertafel).
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Wie oben erwähnt, sind Spannungssteuerköpfe auf jedem Oszillator
der Schweißkopfanordnung montiert, um den Abstand zwischen der Elektrode und dem
Werkstück zu steuern. Ein Digital-Gleichstromvoltmeter 176 (Fig, 12) gibt die tatsächliche
Lichtbogenspannung oder eine voreingestellte Bezugsspannung zur Lichtbogenspannungsüberwachung
an, je nach der Einstellung des Knebelschalters 146 im
linken Mittelteil
der austauschbaren Steuertafel. Der Lichtbogenspannung-Empfindlichkeitsschalter
befindet sich auf der feststehenden Steuertafel und dient der Einstellung eines
Steuerzeitverzögerung-Zeitgebers, welcher den Beginn der Spannungsüberwachung verzögert,
nachdem der Lichtbogen gezündet worden ist, und den Spannungssteuerkopf während
der eingestellten Zeit in einer festen Stellung hält. Diese Zeit muß mittels eines
Einstellknopfes in Anpassung an die jeweiligen Bedingungen eingestellt werden und
den Steilheitsanforderungen gerecht werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel
liegt die maximale Zeit im Bereich von 10 s.
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Der Lichtbogenspannungsknopf 146 stellt die Bezugsspannung für die
Lichtbogenspannungsüberwachung ein, wenn der Lichtbogenspannungsmeßschalter in der
Bezugsspannungs-Stellung steht, und die eingestellte Spannung wird auf dem Voltmeter
angezeigt. Wenn der Schalter in die Lichtbogenmeßstellung gestellt ist, zeigt das
Voltmeter die tatsächliche Lichtbogenspannung während dem jeweils betreffenden Schweißzyklus
an. Es sollte bemerkt werden, daß beide Spannungen gleich sind, wenn der Auto/Aus-Schalter
auf der feststehenden Steuerkonsole in die Auto-Stellung geschaltet ist und die
Steuerung richtig arbeitet. Die Steuerung ist unwirksam, wenn dieser Schalter in
der Aus-Stellung steht. Die
Bewegung des Kopfes kann mittels des
Bewegung-Ein/Aus-Schalters gesteuert werden.
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Der zur Lichtbogenspannungssteuerung dienende Schaltungsteil stellt
einen selbständigen Baustein dar, der in der Steuertafel eingebaut ist. Grundsätzlich
weist dieser Baustein einen stabilen Differenzverstärker mit hoher Verstärkung auf,
welcher das Differenzfehlersignal zwischen einer voreingestellten Bezugsspannung
und der Schweißlichtbogenspannung verstärkt. Fehler von nur 0,01 V bewirken die
Abgabe eines Wechselstromimpulses zum Schrittmotor des Spannungssteuerkopfes, um
den Fehler durch Nachstellen der Lichtbogenlänge zu korrigieren. Jeder Impuls bewirkt,
daß der Spannungssteuerkopf den Schweißkopf um 0>00318 cm bewegt. Die Bewegungsrichtung
hängt vom Vorzeichen des Fehlersignals ab. Jeder Korrekturbefehl wird beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel mit einer Geschwindigkeit von etwa 60 Impulsen pro Sekunde an
den Schrittmotor weitergegeben.
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Das Spurführungssystem wird grundsätzlich mittels eines Knebelschalters
gesteuert, der drei Stellungen, nämlich eine "Auto"-, eine "Aus"- und eine "Hand"-Stellung
besitzt.
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In der Hand-Stellung ermöglicht der Positionsschalter die Voreinstellung
des Schweißkopfes. In der Auto-Stellung
bewirken die Mikroschalter
des Spurführungskopfes eine konstante Fluchtung zwischen der Schwelßspitze und der
Stoßfuge Die Oszillatorsteuerungen sind zwischen der austauschbaren Steuertafel
und der feststehenden Steuerkonsole aufgeteilt.
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Die Schalter für Schwingungsweite, Rechtsschweißung, Linksschweißung
und der Hand/Aus/Auto-Schalter sind auf der feststehenden Steuerkonsole angeordnet,
während der positiv-Auf/positiv-Ab-Schalter 152, welcher die Oszillatorbewegung
nach einer Seite der festen Position begrenzt, auf der austauschbaren Steuertafel
angeordnet ist. In der Automatik-Stellung der feststehenden Steuertafel ist die
Anordnung so geschaltet, daß die Schwingungen am Ende der Drahtzuführungsstartverzögerung
beginnen.
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Die Heißdrahtsteuerung weist die Wechselstromservos auf, die in den
Wechselstrom-Leistungszuleitungen angeordnet sind, welche durch das bidirektionale,
steuerbare Gleichrichter aufweisende Steuersystem 334 gesteuert werden, das oben
mit Bezug auf Fig. 18 beschrieben worden ist. Die Servosteuerorgane 154 sind auf
der austauschbaren Steuertafel unter der Drahtzuführgeschwindigkeitssteuerung angeordnet.
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Zur Betätigung des Drahtzuführsystems muß der Draht-Auto/Aus-Schalter
in die Auto-Stellung gestellt sein, Befindet sich
dieser Schalter
in der Aus-Stellung, kann Draht nur durch Betätigung des Hub-Schalters in die Auf-
oder Ab-Stellung zugeführt werden. Die Hubgeschwindigkeit wird mittels des Draht
ges chwindigkei ts schalters auf der austauschbaren Steuertafel eingestellt. Befindet
sich der Draht-Auto/Aus-Schalter in der Auto-Stellung, so beginnt die eingestellte
Drahtstartverzögerung mit der Zeitsteuerung, wenn ein Gleichstrom-Lichtbogen gezündet
worden ist. Am Ende dieser voreingestellten Zeit beginnt die Drahtzufuhr mit der
Hubgeschwindigkeit. Wenn der Draht die Schweißschlacke berührt, beginnt die den
Draht vorwärmende Wechselspannung während der mittels des Anstiegszeit-Einstellorgans
148 eingestellten Zeit vom Minimum auf einen vorgegebenen Wert anzusteigen. Gleichzeitig
mit dem Beginn des Gleichstromabfalls beginnt die Wechselspannung während der voreingestellten
Abfallzeit auf das Minimum abzusinken. Ebenfalls gleichzeitig beginnt der Drahtstoppverzögerungs-Zeitgeber
mit der Zeitsteuerung.
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Die Vertikalbewegung der Schlitten wird mittels der Auf/Ab-Knöpfe
140 und 142 am oberen Teil der austauschbaren Steuertafel (Fig. 12) ausgelöst. Wenn
eine Schlittenbewegung auf der Mittelsäule verlangt wird und wenn zwei Bedienungspersonen
vorhanden und der Schlüsselschalter 172 des
Nebensteuerstandes
in der Stellung für zweiseitige Steuerung steht, muß die eine Bedienungsperson den
Zulassungsknopf 170 drücken, der neben dem Schlüsselschalter auf seiner Steuertafel
angeordnet ist, während die andere Bedienungsperson die Bewegungsrichtung wählt,
bevor die Bewegung beginnen kann. Befindet sich nur eine Bedienungsperson auf der
Mittelsäule, so muß der schlüsselbetätigte Zulassungsschalter 172 (Fig, 12) auf
dem nicht besetzten Steuerstand in die Aus-Stellung gedreht werden. Wenn eine Verschiebung
in einer Richtung begonnen hat, hält die Bedienungsperson den betreffenden Bewegungsknopf
niedergedrückt, bis er die Beendigung der Verschiebungsbewegung wünscht. Nach dem
Loslassen des Knopfes geht die Bewegung weiter, bis der federbelastete Bolzen 78
(Fig. 8) in die nächste Verriegelungsbohrung 74 an der Säule einrastet. Die Feineinstellung
des Vertikalschlittens 104 (Fig. 4) muß dann zur Positionierung des Schweißkopfes
bezüglich der Stoßfuge verwendet werden.
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Eine Vertikalbewegung der Auslegersäulen erfolgt einfach durch Drilcken
des gewünschten Bewegungsknopfes. Nebenstandzulassungsknöpfe sind hier nicht notwendig,
da die Bewegung auf jeder Auslegersäule unabhängig erfolgt. Trotzdem ist es möglich,
daß die Vertikalbewegung auf den Auslegersäulen in der gleichen Weise wie für die
Mittelsäule beschrieben, koordiniert werden können.
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Eine Horizontalbewegung der Mittelsäulenausleger erfolgt in der gleichen
Weise wie die Vertikalbewegung mit der Ausnahme, daß die Ein/Aus-Schalter 136 und
138 (Fig. 12) betätigt werden. Horizontalbewegungen der Ausleger der Auslegersäulen
werden in derselben Weise eingeleitet.
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Um sicherzustellen, daß die jeweils vorhergehenden Schritte des Schweiff
rorgangs in der richtigen Reihenfolge abgelaufen sind, damit Fehler beim Beginn
der Schweißung vermieden werden, weist das System eine logische Schaltung auf, welche
überwacht, daß die vorzunehmenden Tätigkeiten in der richtigen Reihenfolge ausgeführt
werden, bevor der Schweißkopf in Betrieb gesetzt werden kann. Die Hauptsystemlogik
ist der Reihe nach in den Fig. 19A, 19B und 19C dargestellt. Die Logik erfordert,
daß die folgenden Schritte in der genannten Reihenfolge ausgeführt werden, bevor
der Schweißvorgang beginnt: 1. Die Hauptenergieversorgung muß eingeschaltet sein,
2. Es muß gemeldet sein, daß der Schlittenverriegelungsbolzen, welcher die Ausleger
auf der Hauptsäule sichert, sich in der richtigen Stellung befindet, 3. Die Gaszufuhr
muß eingeschaltet sein,
4. Die Drehtischdrehung muß eingeschaltet
sein, und 5. Der Hochfrequenzschalter muß eingeschaltet sein.
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An dieser Stelle der Ablauffolge befindet sich das System im Bereitschaftszustand
und die Kontrolleuchte 182 (Fig, 12) auf der Steuertafel leuchtet auf. Der scfllüsselbetätigte
Zulassungsschalter 172 des benachbarten Steuerstandes wird dann in die Ein-Stellung
gedreht, Das System ist nun bereit, als einheitliche Schweißvorrichtung zu arbeiten.
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Der Schweißstart-Schalter 166 (Fig. 12) wird nun betätigt und bewirkt
das Anziehen des Gleichstrom-Leistungsschützes, und es wird ein Lichtbogen gezündet.
Das "Nebenschweißkopf-Sin"-Licht auf dem gegenüberliegenden Steuerstand leuchtet
dann auf.
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Der folgende voreingestellte Schweißparameterfolgeablauf beginnt
automatisch, wenn die vorhergegangenen Schritte in der richtigen Reihenfolge ausgeführt
worden sind: 1. Die Drahtzuführungsverzögerung wird eingeschaltet, 2. Die automatische
Spannungssteuerungsverzögerung wird eingeschaltet,
3. Der Gleichstromanstieg
wird ausgelöst, 4. Die Drahtzuführung wird ausgelöst 5. Die Schwingungsbewegung
beginnt, und 6. Die Lichtbogenspannungssteuerung wird ausgelöst.
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Wenn nach dem Ermessen der Bedienungsperson der Schweißfolgestopp
ausgelöst wird, indem der Schweißbeginn/ Stopp-Schalter 166 in die Stopp-Stellung
gestellt wird, laufen die folgenden Ereignisse automatisch ab: 1. Der Gleichstromabfall
wird ausgelöst, 2. Der Heißdrahtspannungsabfall wird ausgelöst, 3. Die Drahtstoppverzögerung
wird ausgelöst, 4. Die Wechselspannungs-Leistungszufuhr wird abgeschaltet, und 5.
Der Oszillator wird abgeschaltet.
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Die Bedienungsperson kann dann den Nothaltknopf 168 (Fig. 12) drücken,
um sicherzustellen, daß der Lichtbogen gelöscht ist. Die Drehung wird beendet, die
Gaszufuhr wird abgestellt und die übrigen Versorgungssysteme werden abgeschaltet.
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Wenn der Schweißvorgang mit Doppelschweißkopfbetrieb ausgelöst wird,
d.h. wenn zwei Schweißköpfe gleichzeitig in Betrieb genommen werden, werden die
Meldung der Verriege lungsb olzenstellung, der Gaszufuhreinschaltung, der Einschaltung
der Drehung und der Einschaltung der Hochfrequenz an beiden Bedienungsständen verarbeitet.
Wenn sich beide Bedienungsstände im Bereitschaftszustand befinden, kann jede Bedienungsperson
die Schweißfolge durch Betätigung des Schweißstart-Schalters einleiten.
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Es ist für den Fachmann leicht einzusehen, daß die oben beschriebenen
logischen Systeme mittels einer Reihenanordnung von UND-Gliedern verwirklicht werden
können, wie in den Fig. 19A, 19B und l9C, welche die Hauptsystemlogik zeigen, und
den Fig. 20 bis 24 dargestellt ist, welche die Untersystemlogik zeigen. Jedes folgende
Glied in dieser Reihenanordnung erhält ein Eingangssignal von der vorhergehenden
Stufe, wenn der zugehörige Schritt ausgeführt worden ist. Folglich ist auf diese
Weise die richtige Ablauffolge
der Tätigkeiten sichergestellt,
um eine reproduzierbare und genaue Ausführung jeder Schweißnaht zu gewährleisten.
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Demgemäß begrenzt das erfindungsgemäße, mittels der beschriebenen
Vorrichtung ausgeführte Verfahren die Verformung durch Schwindung, indem in jedem
Zeitpunkt ein gleiches Verhältnis von Wärmezufuhr zu Volumen der Materialablagerung
an jeder Schweißstelle aufrechterhalten wird. Die elektronischen Steuerungen und
Rückführungen erzeugen konstante Parameter wie beispielsweise Lichtbogenspannung,
Draht zuführung, Schweißstrom, Drehtischdrehgeschwindigkeit und Schweißnaht-Spurführung,
um sicherzustellen, daß das genannte Verhältnis an jeder Schweißstelle in jedem
gegebenen Zeitpunkt identisch ist. Es können daher Schweißverbindungen hoher Qualität
bei großen Zylinderrohren oder ähnlichen Bauteilen in sehr genauer, vorhersagbarer
und gesteuerter Weise hergestellt werden.
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L e e r s e i t e