DE2804727C2 - Elektrische Widerstands-Abbrennschweißmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Widerstands-Abb-xnnschweiBmaschine, welche von einer ortsveränderlichen Stromquelle gespeist ist und mindestens einen SchweiGtransformator, einen Geber für den Abbrennstrom sowie einen Geber für den Abbrennweg umfaßt.

Es sind bereits Schweißanlagen zum Schweißen von Rohrleitungen bekannt (V. S. Lifshits, Md. D. Litvintschuk, »Preßschweißverfahren für das Schweißen von Haupt- und Betriebsleitungen«, Verlag »Nedra«, Moskau, 1970), die Schweißmaschinen, einen Innen- und einen Außengratententferner, eine Verstelleinrichtung zum Verstellen der Schweißmaschine bzw. der Röhrt gegeneinander und eine ortsveränderliche elektrische Stromquelle besitzen. Als elektrische Stromquelle dienen dabei fahrbare Dieselstromaggregate. So gelangt z. B. beim Verschweißen von Rohren mit einem Durchmesser von 1020 mm ein Dieselsiromaggregat mit einer Leistung von 500 kW zum Einsatz. Aufgrund seiner Betriebsbedingungen arbeitet ein Dieselstromaggregat mit einer Spannung von 400 V am Ausgang des Synchrongenerators und einer Frequenz von 50 Hz im Verlaufe der ganzen Arbeitszeit unabhängig von der Belastung. Unter der Nennlast von 500 kW steht das Dieselstromaggregat höchstens 2 v. H., bezogen auf die gesamte Betriebszeit, da die Schweißpausen mit einer unter ihrer Nenngröße liegenden Last die Restzeit ausmachen, wo lediglich Hilfsgeräte mit einer Gesamtleistung von 10 v. H. der Nennleistung im Betrieb sind. Das verkürzt die Lebensdauer des Motors eines Dieselstromaggregates. Hinzu kommt, daß eine hohe installierte Nennleistung solcher Aggregate deren Transport sowie deren Belieferung mit Brennstoff bei der Verlegung einer Rohrleitung erschwert.

Aus der DE-PS 9 44 326 ist eine Einrichtung zum elektrischen Schweißen, insbesondere Widerstandsschweißen, mit Batteriespeicherung der Schweißenergie bekannt, bei der als Schweißstromquelle eine aus

mehreren Einheiten bestehende Speicherbatterie verwendet ist, deren Einheiten durch eine Schaltvorrichtung während der Schweißzeit in Parallelschaltung auf den Schweißkreis geschaltet und in den Schweißpausen in Reihenschaltung an eine Ladestromquelle angeschlossen sind.

Entsprechend einem älteren Vorschlag (DE-AS 27 03 -27) wird vorteilhaft im Schweißvorgang die Frequenz des den Schweißtransformator speisenden Stromes geändert. Als Speisespannung wird an die Primärseite des Schweißtransformators eine Spannung mit Rechteckwellenform oder einer rechteckähnlichen Wellenform angelegt. In der dazu vorgesehenen Vorrichtung verwendet man eine Gleichstromquelle und einen Wechselrichter, der die Gleichspannung der Gleichstromquelle in eine Rechteckwechselspannung umformt und dessen Ausgang mit der Primärseite des Schweißtransformators verbunden ist

Aus der AT-PS 2 83 519 ist ein Thyristor-Schweißumrichter bekannt, bei dem an das dreiphasige Speisenetz ein Thyristor-Umrichter mit Gleichstromzwischenkreis und einem ausgangsseitigen einphasigen Thyristor-Wechselrichter angeschlossen ist. wobei an diesen Wechselrichter über einen einphasigen Ausgangstransformator der Lastkreis der Arbeitselektroden angeschlossen ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Widersteads-Abbrennschweißmaschine der eingangs genannten Art so auszubilden, daß eine Stromquelle mit einer möglichst geringen Leistung verwendet werden kann.

Dies wird bei einer elektrischen Widerstands-Abbrennschweißmaschine, welche von einer ortsveränderlichen Stromquelle gespeist ist und mindestens einen Schweißtransformaior, einen Geber für den Abbrennstrom sowie einen Geber für den Abbrennweg umfaßt, erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß sie über einen Ladegleichrichter, dessen Eingang an die Stromquelle angeschlossen ist, über eine Akkumulatorenbatterie, deren Eingang mit dem Ausgang de^ Ladegleichrichters verbunden ist, über einen Wechselrichter, der durch den Ladegleichrichter und die Akkumulatorenbatterie gespeist ist und an dessen Ausgang der Schweißtransformator bzw. die Schweißtransformatoren und der Geber für den Abbrennstrom angeschlossen sind, über einen für die Steuerung der Frequenz und Ausgangsspannung der Wechselrichter bestimmten Block, der Anschlüsse für den Geber für den Abbrennstrom und den Geber für den Abbrennweg aufweist, und über einen Laderegler, dessen Eingang mit der Akkumulatorenbatterie gekoppelt und dessen Ausgänge an den Ladegleichrichter und den Steuerblock angeschlossen sind, verfügt.

Die Verwendung einer so ausgebildeten elektrischen Widerstands-Abbrennschweißmaschine beim Stumpfschweißen von Rohren im Gelände gestattet die Wirksamkeit der Stromquelle und den thermischen Wirkungsgrad des Schweißvorganges beträchtlich zu erhöhen, wobei das erste durch Vermindern der installierten Leistung des Dieselgenerators und durch dessen gleichmäßigere Belastung und das zweite durch Versorgung der Schweißtransformatoren mit Strom der erforderlichen Frequenz und Spannung erreicht wird. Die Anwendung einer erfindungsgemäßen Abbrennschweißmaschine in einer Anlage für das Schweißen von Rohren mit einem Durchmesser von ca. 1020 mm und einem Querschnitt von ca. 40 000 mm² ermöglicht es das bisher verwendete Dieselstromaggregat mit 500 kW Leistung, dessen Motorlebensdauer bis zur ersten

vollständigen Instandsetzung jeweils 3000 Betriebsstunden betrug, gegen ein Dieselstromaggregat mit einer Leistung von 100 kW und einer Lebensdauer bis zur ersten vollständigen Instandsetzung des Diesels von 6000 Stunden auszuwechseln.

Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt

Fig. 1 ein Blockschema einer erfindungsgemäßen Widerstands-Abbrennschweißmaschine,

Fig.2 ein Prinzipschaltbild für diese Abbrennschweißmaschine.

Die elektrische Widerstands-Abbrennschweißmaschine umfaßt einen Drehstrom-Dieselgenerator 1 (Fig. 1) als ortsveränderliche Stromquelle. An den Ausgang des Dieselgenerators 1 ist ein Ladegleichrichter 2 angeschlossen. Mit dem Ausgang des Ladegleichrichters 2 ist eine Akkumulatorenbatterie 3 verbunden und ein Laderegler 4 steht mit dem Ladegleichrichter 2 in Verbindung. Darüber hinaus ist an den Ausgang des Ladegleichrichters 2 ein Wechselrichter 5 angeschlossen, weicher weiter mit Schweißtransformatoren 6 und einem Geber für den Abbrennstrom 7 verbürgen ist. An den Eingang des Wechselrichters 5 ist ein Steuerblock 8 für die Steuerung der Frequenz und der Spannung am Ausgang des Wechselrichters 5 gekoppelt. Mit dem Steuerblock 8 sind der Geber für den Abbrennstrom 7, der Laderegler 4 und ein Geber für den Abbrennweg 9 verbunden.

Der Ladegleichrichter 2 (F i g. 2) ist mit Vormagnetisierungsdrosseln 10 ausgeführt und hat eine Einrichtung 11 zur Steuerung des Vormagnetisierungsstromes und einen Gleichrichter 12. Die Einrichtung 11 zur Steuerung des Vormagnetisierungsstromes stellt einen Transistorstromregler dar, bei welchem der Regeltransistor nach der Kollektorschaltung betrieben wird. Das Prinzipschaltbild und der Betrieb von solchen Reglern sind aus der Literatur bekannt. Die Ausgänge des Gleichrichters 12 sind mit der Akkumulatorenbatterie 3 verbunden, die über den Wechselrichter 5, welcher die Gleichspannung in die Wechselspannung umwandelt und mit Thyristoren 13, 14, Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13, 14 und Sperrdioden 17, 18 ausgeführt ist sowie über einen Anpassungstransformator 19 die Schweißtransformatoren speist. Die Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13, 14 sind aufgrund von induktiv-kapazitivei/ Kommutierungsstromkreisen und Hilfsthyristoren ausgeführt, deren Prinzipschaltung und Wirkungsweise in der Fachliteratur beschrieben sind.

Der Wechselrichter ά wird von dem Steuerblock 8 gesteuert, an dessen Ausgänge die Thyristoren 13, 14 und die Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13, 14 geschaltet sind. Der Steuerblock 8 stellt Impulsgeneratoren dar, die für die Einschaltung der Thyristoren 13, 14 und der Einrichtungen 15, 16 in bestimmter Reihenfolge sorgen. Die Prinzipschaltung und die Arbeitsweise sind in technischen Nachschlagewerken dargelegt. Die Kopplung des Steuerblockes 8 an die Maschine vollzieht sich über den an dessen Eingänge angeschlossenen Geber für den Abbrennstrom 7, ausgeführt als Stromwandler, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Zweiweggleichrichters verbunden ist. Die Primärwicklung des Stromwandlcrs ist in den Speisestromkreis der Schweißtransforniatoren 6 geschaltet. Diese Kopplung erfolgt über den Geber für den Abbrennweg 9, der als Potentiometer ausgebildet ist. dessen Gehäuse an der starren Klemme der Schweißmaschine unbeweglich angebracht ist, während der Schleifer mit der beweglichen Klemme der Schweißmaschine verbunden ist sowie über den Laderegler 4, der direkt an die Akkumulatorenbatterie 3 und die Einrichtung 11 für die Steuerung des Vormagnetisierungsstromes angeschlossen ist.

Die erfindungsgemäße Abbrennschweißmaschine arbeitet wie folgt.

Die Ladung der Akkumulatorenbatterie 3 bis auf die Nennkapazität wird vor Beginn der Schweißarbeiten und die Nachladung in den Schweißpausen vorgenommen. Die Ladung und die Nachladung erfolgen mit Gleichstrom, dessen vorbestimmter Wert mit Hilfe der Drosseln 10 und der Einrichtung 11 zum Steuern des Vormagnetisierungsstromes aufrechterhalten wird. Im Maße der Ladung der Akkumulatorenbatterie 3 nimmt deren Spannung zu. In Abhängigkeit von der Spannungszunahme der Akkumulatorenbatterie 3 erhöht sich selbständig aufgrund der Einrichtung 11 der Vormagnetisierungsstrom, so daß der Ladestrom konstant gehalten wird.

Im Ausgangszustand ist die Akkumulatorenbatterie 3 bis auf die Nennkapazität geladen. Für das Schweißen schaltet man den Block 8 zum Steuern des Wechselrichters 5 ein, der unter Beibehaltung der vorgegebenen Frequenz und Reihenfolge Steuerimpulse für die Thyristoren 13, 14 und die Einrichtungen 15, 16 zum Löschen der Thyristoren 13,14 zu erzeugen beginnt.

Es sei nun genauer auf die Wirkungsweise des Wechselrichters 5 eingegangen. Angenommen es wird zunächst der Thyristor 13 gezündet. Durch den letzteren und die daran angeschlossene Wicklungshälfte des Anpassungstransformators 19 beginnt ein Strom von der Akkumulatorenbatterie 3 zu fließen, dessen Wert von der Belastung abhängig ist. Nach einer gewissen Zeit, die durch die Halbperiode der Spannungsfrequenz der die Schweißtransformatoren 6 speisenden Spannung bestimmt ist, erfolgt die Einschaltung der Einrichtung 15 zum Löschen des Thyristors 13, wodurch der Thyristor 13 gesperrt und der Stromdurchgang in der daran angeschlossenen Wicklungshälfte des Anpassun^stransformators 19 unterbrochen wird. Die in den reaktiven Elementen der Schweißstromkreise der Maschine gespeicherte Energie erhält weiter den Schweißstrom sowie den Strom der Sekundärwicklung des Anpassungstransformators 19 bereits über die andere Wicklungshälfte des Transformators 19 sowie über die Akkumulatorenbatterie 3 und die Sperrdiode 18, wobei die letzteren mit der besagten Wicklungshälfte einen Reihenkreis bilden, aufrecht. In dieser Weise wird dank der Sperrdiode 18 und der der letzteren ähnlichen Rücksteildiode 17 ein beträchtlicher Anteil der Blindenenergie in die Akkumulatorenbatterie 3 zurückgeführt. Die Spannung des Anpassungstransformators 19 und mithin die der Schweißtransformatoren 6 ändert ihr Zeichen im Zeitpunkt der Zündung- des Thyristors 13. wodurch die Zündung des Thyristors 14 durch den Steuerblock 8 im Moment der Stromunterbrechung im Stromkreis der Sperrdiode 18 geschieht Zum Ausschalter des Thyristors 14 erfolgt die Einschaltung der Löscheinrichtung 16, wodurch der Strom des Kreises des Thyristors 14 und der daran angeschlossenen Wicklungshälftc des Anpassungstransformators 19 durch den Kreis, welcher von der anderen Wicklungshälfte des Transformators 19. der Akkumulatorenbatterie 3 iinc der Sperrdiode 17 gebildet ist, zu fließen beginnt.

Die Regelung der Frequenz der die Schweißtransfor-

inaioreri 6 speisenden Spannung und tieren CiröUe erfolgt durch cite Änderung der Zündungsfrequen/ der Thyristoren I), 14 mittels der l.öseheinrichluiigen 15, 16 sowie durch eine Verzögerung der Zündung des Thyristors I 3 b/w. 14 nach der -Stronninterbrechung im Stromkreis der da/u parallel geschalteten Sperrdiode 17 b/vv. 18.

Gleich/eilig mit der (umschaltung des Wechselrichters 5 zur Durchführung des Schweißens wird der Lüdegleichrichter 2 in Betrieb gesetzt, wobei der größte Anteil der für den Schweißvorgang erforderlichen Leistung von der Akkumulatorenbatterie 3 und Oer geringe Anteil von dem Dieselgenerator I über den Ladegleichrichter 2. der durch eine fallende äußere Kennlinie gekennzeichnet ist und dadurch die Aufnahme der Leistung des Dieselgenerators I begrenzt, geliefert wird. Je nach dem Abbrennen des Schweißslükkes wird das Signal über den Abbrennweg, das durch den Geber für den Abbrennweg 9 in eine proportionale Gleichspannung uingeiot mi vvini. au den Sieuerbiock S übertragen, was zu einer Änderung der Frequenz der Ausgangsinipul.se und damit der Frequenz der die SchueiBtransformatoren 6 speisenden Spannung nach Sollprogramm führt.

Die Signale, die eine Information über beim Abbrennen stattfindende Kurzschlüsse an den Stirnflächen der Sclnveißstückc tragen, werden über den Geber für den Abbrennstrom 7 /um Sieuerbiock 8 übertragen, der. indem er ilen Wechselrichter 5 steuert, die Frequenz der die .Schweißtransformatoren 6 speisenden , Spannung herabsetzen und die Größe dieser Spannung anwachsen läßt, wodurch der Strom im Schweißstromkreis erhöht und die hierbei gebildeten Kontakte gcirenn: werden. Das führt zur Lrneueruiig des Abbrennvorganges. Auf diese Weise gewährleisten die

,, Geber 7, 9 eine Stabilität und eine gute Qualität des Abbrenn Vorganges.

Der Laderegler 4 dient für die L'rmitilung des oberen und des unteren Grenzwertes der Spannung der Akkumulatoren und stellt eine Schwellenwerteinrich-

■ , tutig dar. die auf Transistoren nach der Schmidt-Trig· gcrschaltung aufgebaut ist. Der Laderegler 4 verhindert eine Überladung der Akkumulatorenbatterie 3 sowie eine Vollentladung. Indem der Laderegler 4 auf die Einrichtung Il zum Steuern des Vormagnetisierung-

j, stromes einwirkt, stabilisiert er den Ladestrom; und bei Ladung der Akkumulatorenbatterie 3 bis auf die Nennkapazität sorgt er für die Abschaltung des Stromes. Über den Steuerblock 8 schaltet der Laderegler 4 den Wechselrichter 5 ab. wenn aus

', irgendwelchen Gründen eine Vollentladung der Akkumulatorenbatterie 3 geschehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnung:;!

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrische Widerstands-Abbrennschweißmaschine, welche von einer ortsveränderlichen Stromquelle gespeist ist und mindestens einen Schweißtransformator, einen Geber für den Abbrennstrom sowie einen Geber für den Abbrennweg umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß sie über einen Ladegleichrichter (2), dessen Eingang an die Stromquelle angeschlossen ist, über eine Akkumulatorbatterie (3), desen Eingang mit dem Ausgang des Ladegleichrichters verbunden ist, über einen Wechselrichter (5), der durch den Ladegleichrichter (2) und die Akkumulatorenbatterie (3) gespeist ist und an dessen Ausgang der Schweißtransformator bzw. die Schweißtransformatoren (6) und der Geber für den Abbrennstrom (7) anqeschlossen sind, über einen für die Steuerung der Frequenz und Ausgangsspannung der Wechselrichter (5) bestimmten Block (8), der Anschlüsse für den Geber für den AbbrennstPcän (7) und den Geber für den Abbrennv/eg (9) aufweist, und über einen Laderegler (4), dessen Eingang mit der Akkumulatorenbatterie (3) gekoppelt und dessen Ausgänge an den Ladegleichrichter (2) und den Sleuerblock (8) angeschlossen sind, verfügt.