DE2628385A1 - Einrichtung zum lichtbogen- bzw. plasmaschweissen und/oder -schneiden, insbesondere zum unterpulverschweissen - Google Patents

Description

• Einrichtung zum Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen und/oder
• -schneiden, insbesondere zum Unterpulverschweißen Die vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen und/oder -schneiden, insbesondere zum Unterpulverschweißen, mit parallel-geschalteten Einzelstromquellen, deren Ausgänge mit einem Werkstück bzw. einem Schweiß-und/oder Schneidbrenner verbunden sind.
• Bei den vorzugsweise für die MIG/MAG- und die Unterpulver-Schweißverfahren verwendeten Schweißstromquellen mit Konstantspannungskennlinie ist der Abfall der Klemmenspannung - Spannung zwischen Werkstück und abschmelzender Elektrode - mit steigendem Schweißstrom relativ gering und beträgt üblicherweise etwa 1 - 6 V je loo A.
• Zur Erzielung von höheren Schweißströmen (beispielsweise mehrere looo A), die auch je nach Bedarf und Schweißaufgabe vom Schweißplatz aus eingestellt und verändert werden müssen, ist es wünschenswert, zwei oder mehr Einzelstromquellen gleichen Typs parallel zu schalten.
• Da nun einerseits für jede Stromquelle gemäß ihrer Strom-Spannungskennlinie ein fester Zusammenhang zwischen Klemmenspannung und Schweißstrom besteht, andererseits für alle parallel-geschalteten Stromquellen gleicher Bauart nur eine gemeinsame Klemmenspannung maßgebend ist, bestimmt diese gemeinsame Klemmenspannung die Stromabgabe jeder Einzelstromquelle gemäß ihrer Kennlinie. Dabei wirkt sich die relativ geringe Kennlinienneigung insofern nachteilig aus, daß schon eine kleine Veränderung der Einstellung der Einzelstromquellen eine große Änderung der Stromverteilung auf die parallel -geschalteten Einzelstromquellen und damit die Gefahr der Überlastung bewirkt, insbesondere, wenn aus schweißtechnischen Gründen eine kleine Kennlinienneigung von z.B.
• 1 V je loo A gewählt wird. Die Einstellung der erforderlichen Schweißparameter unter Beachtung der gleichmäßigen und zulässigen Stromverteilung auf die Einzelstromquellen wird dadurch so erschwert, daß die Parallelschaltung bisher nur in ganz wenigen Fällen durchgeführt werden konnte und zwar nur durch einen Fachmann und unter Beachtung besonderer Vorsichtsmaßnahmen.
• Besonders erschwerend für die Erzielung einer hochwertigen Schweißung sind Netzspannungsschwankungen und unbeabsichtigte änderungen der äußeren Schweißparameter, die zu Abweichungen von der der Schweißaufgabe angepaßten Schweißspannung und damit zu Qualitätsminderungen führen.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die o.g. Nachteile zu vermeiden und eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher stets eine gleichmäßige Strombelastung der Einzelstromquellen und eine konstante Schweißspannung bei sich ändernden Betriebsbedingungen erreichbar ist.
• Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß jede Einzelstromquelle eine Spannungs- bzw. Stronverstellvorrichtung aufweist, daß ferner jede Verstellvorrichtung mit dem Ausgang eines Sollwert-Istwert-Reglers verbunden ist und daß weiterhin ein von einer ersten Einzelstromquelle abnehmbarer Sollwert dem Sollwerteingang der Regler der weiteren Einzelstromquellen zuführbar ist.
• Durch die Spannungs- bzw. Strorrnrerstellvorrichtungen mit den zugeordneten Reglern werden die statischen Kennlinien der Einzelstromquellen über das Stellglied, z.B. einen Stelltransformator, so eingestellt, daß sich bei Konstantspannungs-Stromquellen in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Schweißstrom die Klemmenspannung der Stromquelle nach einem eingestellten Sollwert ausrichtet.
• Bei der Parallelschaltung von zwei oder mehreren Einzelstromquellen der oben beschriebenen Bauart wird dann eine gleichmäßige Belastung erreicht, wenn gemäß der Erfindung ein von einer ersten Einzelstromquelle (Führungsstromquelle) abnehmbarer Sollwert den Sollwerteingängen der Regler der weiteren Einzelstromquellen (Folge- oder Parallelstromquellen) zuführbar ist.
• Dabei dient als Istwert für die Führungsstromquelle ein der Klemmenspannung entsprechender Wert, während der Sollwert, mit welchem der gewünschte Schweißstrom einstellbar ist, über einen Sollwertgeber, z.B. einen Sollwertpotentiometer, dem Regler der Führungsstromquelle zuführbar ist.
• Als Sollwert für d i parallel-seschalteten Folgestromguellen, der von der Führunsstromquelle an diese weitergegeben wird, dient entweder dieselbe Größe (z.B. Sollwertpotentiometer-Einstellung) oder ein Wert, der sich aus der Stellung oder Beaufschlagung des Stellgliedes (z.B. Stelltransformator, Transduktor, Thyristor-Schaltung) der Führungsstromquelle ableitet, wodurch die Regler der Folgestromquellen ihre zugehörigen Stellglieder in die gleiche Stellung bringen oder in gleicher Weise beaufschlagen, arie bei der Führungsstromquelle.
• Die den jeweiligen Reglern der Stromquellen zugeführten Istwerte ihrer eigenen inneren Spannung entsprechen dabei der Art des jeweils zugeführten Sollwertes. Damit wird vorteilhaft eine gleiche Einstellung und gleiche Belastung aller parallel-geschalteten Stromquellen erreicht.
• Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung von zwei, in den Fig. 1 und 2 veranschaulichten Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Einrichtungen.
• Die Einrichtung gemäß Fig. 1 weist drei parallel-geschaltete, mit einem Werkstück und einem Schweißbrenner verbundene und als Konstantspannungsstromquellen ausgebildete Einzelstromquellen lo, 11, 12 auf, denen je eine Spannungsverstellvorrichtung 13 bzw. 14 bzw. 15 zugeordnet ist. Jede Spannungsverstelivorrichtung 13 bzw. 14 bzw. 15 enthält einen Sollwert#Istwertregler 16 bzw. 17 bzw. 18, Bei der ersten Einzelstromquelle 1o (Führungsstromquelle) steht der Sollwerteingang 20 beim Regler 16 mit einem Sollwertgeber, z.B. einem Potentiometer 21, in Verbindung. Bei den beiden weiteren Stromquellen 11 und 12 (Folgestromquellen) sind die Sollwerteingänge 24 und 25 der Regler 17 und 18 ebenfalls mit dem Sollwertgeber 20 der Führungsmaschine verbunden. Der für alle Stromquellen in gleicher Weise maßgebende Sollwert wird also an der Führungsmaschine eingestellt.
• Als Istwert dient bei allen Stromquellen lo, 11 und 12 eine entsprechende angepaßte Spannung im Ausgangskreis jeder Stromquelle, die bei Alleinbetrieb ihrer Ausgangsspannung entsprechen würde, z.B. bevorzugt bei einem Schweißgleichrichter die Spannung auf der Wechselstromseite des Gleichrichtersatzes im Ausgangskreis.
• Die entsprechenden Istwerteingänge sind mit 19, 22 und 23 bezeichnet.
• Es wird damit erreicht, daß jede der Stromquellen lo, 11, 12 durch ihre Regler 16, 17, 18 auf die dem gemeinsamen Sollwert entsprechende gemeinsame Ausgangsspannung Uk gebracht und damit auch eine gleichmäßige Stromverteilung erzielt wird.
• Auch bei Netzspannungsschwankungen oder bei unbeabsichtigten Änderungen der äußeren Schweißparait#ter, wodurch die Lichtbogenspannung beeinflußt wird, sorgt die Regelung der beschriebenen Art dafür, daß die Schweißspannung konstant auf dem vorgegebenen Sollwert gehalten wird, ohne Störung der gleichmäßigen Stromverteilung.
• In Fig. 2 sind die mit dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 übereinstimmenden Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist jede Spannungsverstellvorrichtung 13, 14, 15 mit einem Istwertgeber (Istwertgeberpotentiometer) 26, 27, 28 für die Stellung der Spannungsverstelleinrichtung verbunden. Im Gegensatz zu Fig. 1 sind die Regler 17, 18 der Folgestromquellen 11 , 12 nicht vom Sollwert des Sollwertpotentiometers 21 beaufschlagt, sondern von einem aus der Stellung des Istwertpotentiometers 26 abgeleiteten Sollwert, so daß das Potentiometer 26 mit den Sollwerteingängen 24, 25 der Regler 17, 18 verbunden ist. Als Istwert für die Regler 17, 18 dient der Wert der Istwertpotentiometer 27 bzw. 28.
• An der Führungsinaschine 1o wird von Hand der Schweißspannungs-Solltrrert (Potentiometer 21) im Leerlauf vorgewählt. Während des Schweißens stellt sich an den Schweißstromklemmen + und - eine Klemmen-Istspannung Uk ein. Stimmt diese Klemmenspannung Uk nicht mit der Sollspannung überein, wird an der Führungsmaschine der Motor 29 der Verstellvorrichtung 13 korrigierend verstellt. Dabei liefert das gleichzeitig von 29 angetriebene Potentiometer 26 die Sollspannung für alle Folgestromquellen 11 und 12, von denen sich jede über Istwert-Potentiometer 27, 28 selbst korrigiert, wodurch eine Nachlaufregelung geschaffen ist.
• Die Konstantspannungsstromquellen 10, 11, 12 sind bevorzugt entsprechend der deutschen Patentanmeldung P 25 34 896.3-34 aufgebaut und weisen einen nicht näher dargestellten Haupt- und Zusatztransformator auf, dem als Spannungsverstellvorrichtung ein Stelltransformator mit Plus-Minus-Verstellung zugeordnet ist. Die beiden Abgriffe, über die die jeweils abgegriffene Differenzspannung dem Zusatztransformator zuführbar ist, werden mittels der Motoren 29 bzw. 30 bzw. 31 in Abhängigkeit der Reglersignale verstellt. Mit den Motoren 29, 30, 31 ist ferner der Abgriff 31, 33, 34 der genannten Istwertpotentiometer mechanisch verbunden.
• Jede der parallel-geschalteten Schweißstromquellen besitzt somit einen Stelltransformator mit Motorantrieb, außerdem eine selbsttätige Regeleinrichtung, die die Strom-Spannungs-Kennlinie der zugehörigen Stromquelle auf einen vorgegebenen Wert einregelt. Die Regeleinrichtung jeder Stromquelle ist dabei bevorzugt so eingerichtet, daß durch einfache Umschaltung verschiedene Soll- und Istwerte zuführbar sind.
• Es kann somit vorteilhaft jede Stromquelle als Einzelstromquelle für den Parallelbetrieb verwendet werden.
• Bei den beiden obigen Ausführungsbeispielen wird vorteilhaft erreicht, daß alle parallel-geschalteten Stromquellen 10, 11, 12 durch die gleich eingestellten Stellglieder die gleiche Strom-Spannungs-Kennlinie erhalten und sich zu gleichen Teilen am Gesamtschweißstrom beteiligen.

Claims (7)

1. ANSPRÜCHE #i) Einrichtung zum Lichtbogen- bzw. Plasmaschweißen und/oder -schneiden, insbesondere zum Unterpulverschweißen mit parallel-geschalteten Einzelstromquellen, deren Ausgänge mit einem Werkstück bzw. einem Schweiß- und/oder Schneidbrenner verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Einzelstromquelle (10,11, 12) eine Spannungs- bzw. Stromverstellvorrichtung (13, 14, 15) aufweist, daß ferner jede Verstellvorrichtung (13, 14, 15) mit dem Ausgang eines Sollwert-Istwert-Reglers (16, 17, 18) verbunden ist und daß weiterhin ein von einer ersten Einzelstromquelpe (lo) abnehmbarer Sollwert den Sollwerteingängen (24, 5) der Regler (17, 18) der weiteren Einzelstromquellen (11, 12) zuführbar ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelstromquellen (10, 11, 12) als Konstantspannungsstromquellen mit einer Spannungsverstellvorrichtung (13, 14, 15) ausgebildet sind und daß ferner der Tstwerteingang (19) des Reglers (16) einer ersten Einzelstromquelle (10) von einem der Klemmspannung (Uk) entsprechenden Wert beaufschlagbar ist, während der dazugehörige Regler-Sollwerteingang mit einem Sollwertgeber (21) in Verbindung steht.
3. 3 Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Istwerteingänge (22, 23) bzw. Sollwerteingänge (24, 25) der Regler (17, 18) weiterer Einzelstromquellen (11, 12) ebenfalls mit einem der Klemmspannung(Uk) entsprechenden Wert beaufschlagbar bzw. mit dem Sollwertpotentiometer (21) verbunden ist.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spannungsverstellvorrichtung (13, 14, 15) mit einem Istwertpotentiometer (26, 27, 28) verbunden ist, daß das Istwertpotentiometer (26) der ersten Einzelstromguelle (lo) mit dem Sollwerteingang (24, 25) der Regler (17, 18) der weiteren Einzelstromquellen (11, 12) verbunden ist, während die Istwertpotentiometer (27, 28) der weiteren Einzelstromquellen (11, 12) mit dem Istsverteingang (22, 23) der entsprechenden Regler (17, 18) in diesen Einzelstromquellen (11, 12) in Verbindung stehen.
5. 5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstantspannungsstromquellen einen Haupt-, einen Zusatz- und einen Stelltransformator aufweisen und daß dem Stelltransformator eine Plus-Minus-Verstellung zugeordnet ist, über deren beide Abgriffe die jeweils abgegriffene Differenz-Spannung dem Zusatztransformator zufahrbar ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Abgriffe mit einem Verstellmotor (29, 30, 31) in Verbindung stehen, welcher vom Reglerausgangssignal erregbar ist.
7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Verstellmotor (29', 30, 31) der Abgriff (32, 33, 34) der Istwertpotentiometer (26, 27, 28) mechanisch verbunden ist.