DE2807342C2 - Elektrische Steueranordnung für den Verbrennungskraftmotor eines transportablen Lichtbogenschweißaggregates - Google Patents

Description

Zum netzunabhängigen Versorgen von Baustellen mit elektrischer Energie werden Agg.-egate zum Einsatz gebracht, bei denen ein Diesel-Motor, seltener ein Benzin-Motor, einen Generator antreibt. Letzterer versorgt je nach Auslegung die Bausteilengeräte mit Strom oder liefert die zum Lichtbogenschweißen notwendigen Strom- und Spannungswerte. Die Maschinen werden umso leichter und in den Abmessungen kleiner, je höher die Betriebsdrehzah! gewählt wird. Hohe Drehzahlen aber bringen höheren Verschleiß der bewegten Teile und sehr häufig auch eine schwieriger zu installierende Geräuschdämmung.

Eine Besonderheit des Lichtbogenschweißens ist, daß die Schweißstromquelie im allgemeinen nur einen Bruchteil jener Zeit belastet wird, während der sie betriebsbereit laufen muß. Dies hängt mit der Tätigkeitsfolge beim Lichtbogenschweißen zusammen, während welcher oft lange Pausen für Nebenarbeiten wie Nahtreinigung, Elektrodenwechsel oder überhaupt Umsetzen der Schweißstellen, eingelegt werden. Die tatsächliche Belastungsdauer erfolgt im allgemeinen während eines Anteiles von 35—60% der direkt mit dem Schweißen verbundenen Tätigkeitsfolge, wonach aber auch längere Pausen eintreten können, während welcher die Maschinen erfahrungsgemäß nicht abgestellt werden.

Das zunehmende Umweltbewußtsein hat die Gesetzgeber veranlaßt, strenge Bestimmungen über Lärmemission zu erlassen. Nun ist es eine Eigenart von rasch laufenden Diesel-Motoren, daß bei gleichbleibender Drehzahl das Leerlaufgeräusch nur ganz unwesentlich um er dem Vollastgeräusch liegt. Betrachtet man ein Dieselschweißaggregat, so wurden die Schweißpausen in der Lärmemission kaum von den Arbeitsperioden unterschieden werden können. Schweißarbeiten mittels fahrbarer Aggregate werden aber oft auch in dicht verbautem Siedlungsgebiet vorgenommen, so daß dort ein erhöhter und aufwendiger Schallschutz zum Einsatz gelangen muß.

Um nun preisgünstige, raschlaufende und auch leichte Aggregate mit erhöhter Lebensdauer und geringer mittlerer Lärmemission einsetzen zu können, ist man auf einen sogenannten »gesteuerten Leerlauf« übergegangen. Diese Einrichtung bewirkt, daß nach Eintreten einer Schweißpause (vor. vielfach einstellbarer Länge) to der Maschinensatz auf eine niedrigere Ruhedrehzahl zurückfällt, und daß bei neuerlichem Schweißbeginn, etwa durch Betätigen eines Steuerschalters am Elektrodenhalter oder was ergonimischer ist, wenn durch Berühren des Werksstückes mit der Elektrode der Hoch-L-:uf auf Nenndrehzahl erfolgt.

Das Betätigen eines Steuerschalters am Elektrodenhalter ist von der Technik her problemlos, nicht jedoch das wesentlich bedienungsfreundlichere Berühren des Werkstückes mit der Elektrode. Es soll daher kurz im folgenden der Stand der Technik bei letzterer Methode erläutert werden.

Das Problem der Signalgabe durch den Schweißkreis selbst ist ein zweifaches: Zum einen soll die Ruhedrehzahl so niedrig wie möglich eingestellt werden und da bilden die mit der Drehzahl sehr stark abgesunkenen Spannungen im Schweißkreis die Grenre für eine Signalabgabe, zum anderen aber fließen im Schweißkreis bei Maximallast einige 100 A, so daß das Dauersignal mehr als die lOOOfache Amplitude gegenüber dem Startsignal aufweist. Steuergeräte, die einfach im Aufbau sind und diesen Forderungen entsprechen arbeiten nach dem im folgenden als Beispiel beschriebenen Prinzip.

Das Dieselschweißaggregat besteht aus einem Diesel-Motor und einem Schweißgenerator, der dem letzten Stand der Technik entsprechend als bürstenlose Maschine konzipiert ist. Die Klemmenspannung am Schweißgenerator fällt, je nach Aufbau des verwendeten Erregersystems mindestens quadratisch mit der Drehzahl ab, wobei wiederum ebhän^g vom Erregersystern unterhalb einer bestimmten Drehzahl überhaupt keine Klemmenspannung mehr zur Verfügung steht. Im Schweißkreis befindet sich ein Stromwandler, der bei Klemmenkurzschluß (was praktisch dem Berühren des Werkstückes mit der Elektrode gleichkommt) aufgrund der geringen Leerlaufspannung eine Signalspannung abgibt. Diese Signalspannung schaltet ein Relais, welches sowohl ein Zeitglied auf 0 stellt als auch die Drehzahlverstellung am Dieselmotor betätigt, etwa durch einen Hubmagnet. Damit ist der Hochlaufvorgang eingeleitet.

Die Nenndrehzahl bringt jedoch die volle Schweißleistuig und die Dauersignalspannung liegt ein Vielfaches über der Startsignalspannung. Um das Startrelais nicht zu überlasten, schaltet ab einer gewissen Spannungshöhe ein zweites, für die volle Spannung bemessenes Relais das erste ab und übernimmt selbst die dauernde 0-Stellung des Zeitgliedes. Nach Ablaufen der vorgewählten Pausendauer schaltet das Zeitglied, das mit Einsetzen der Pause zu laufen begonnen hat, ab und nimmt die Drehzahlverstellung von der Nenndrehzahl auf die Ruhedrehzahl zurück. Nun kann die Steuerfolge von vorne beginnen.

Derartige Steuergeräte, die aus wenigen Bauteilen mit hohem Zuverlässigkeitsgrad bestehen, haben die t>3 vorhin erwähnte Einschränkung als Nachteil, daß nämlich unter einer bestimmten Drehzahl überhaupt keine Signalspannung mehr auftritt. Bei mittels Schwingkreis erregten Maschinensätzen liegt die unterste Ruhedreh-

zahl etwa bei halber Nenndrehzahl.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese genannten Nachteile zu vermeiden und eine Schaltung vorzuschlagen, die das Startsignal unabhängig von der Drehzahl ermöglicht.

Die Erfindung betrifft somit eine elektrische Steueranordnung für den Verbrennungskraftmotor eines transportablen Lichtbogencchweißaggregates mit einer Schweißpausendrehzahl, die kleiner als die Leerlaufdrehzahl eingestellt ist, wobei bei einer durch ein Zehrelais einstellbaren Arbeitspause die Drehzahl des Maschinensatzes von der Leerlaufdrehzahl auf die SchweiBpausendrehzahl abgesenkt und bei neuerlichem Arbeitsbeginn durch Berühren des Werkstückes mit der Elektrode oder auch durch direkten Schweißklemmenkurzschluß wieder auf die Leerlaufdrehzahl angehoben wird, wobei erfindungsgemäß an die Schweißelektrode eine Bereitschafts-Schaltstufe angeschlossen ist, von deren Steuereingängen oder eine zum Anheben der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl an einen Startakkurnuiator angeschlossen ist und der andere für den Schweißtrieb an einen in an sich bekannte Weise im Schweißstromkreis geschalteten Stromwandler angeschlossen ist

In Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann der eine Steuereingang der Bereitschafts-Schaltstufe über eine oder mehrere seriegeschaltete Sperrdioden gegenüber dem Schweißkreis an die Schweißelektrode angeschlossen sein. Der Stromwandler kann vorteilhaft mit nichtlinearer Kennlinie im übersättigten Bereich arbeiten. Damit wird erreicht, daß das Relais zur Verarbeitung des Dauersignals eine günstigere Dimensionierung erhalten kann; das Verhältnis von kleinstem zu größtem Schweißstrom kann nämlich 1 :20 betragen und es bedürfte einer Sonderkonstruktion für ein Relais, wenn dieses noch den 20fachen Ansprechstrom thermisch dauernd aushalten müßte. Ein stark nicht linearer Wandler reduziert dieses Verhältnis erheblich und ist somit ein vorteilhafter Bestandteil der Schaltung, wenn sie ohne Einsatz von aktiven Halbleitern ausgeführt werden soll.

In zweckmäßiger Weise kann die Dauersignalspannung von den Klemmen eines Stromwandlers im Schweißstromkreis entnommen werden, wenn ein solcher bereits Bestandteil der Erregungseinrichtung der Schweißmaschine ist und aus maschinen-interncn Gründen im übersättigten Bereich arbeiten muß.

Die elektrische Steueranordnung für den Verbrennungskraftmotor kann selbstverständlich auch mit Halbleiter-Verstärkertechnik aufgebaut werden. Die nähere Erläuterung der Erfindung erfolge jedoch unter Verwendung von elektromagnetischen bzw. elektromechanischen Bauteilen an Hand der Zeichnung.

Die erfindungsgemäße Schaltung der Zeichnung geht davor, aus, daß der Dieselmotor 8 einen Starterakkumulator 1 besitzt. Es wird dem Schweißstroinkreis an den Gleichspannungsklemmen 9, 10 über eine Sperrdiode 2 und das Startrelais 3 die Akkumulatorspannung als Fremdspannung überlagert. Die Durchlaßrichtung der Diode muß so gewählt werden, daß die Akkumulatorspannung einen Strom über die kurzgeschlossene Schweißstelle treiben kann, daß aber die Spannung der Schweißstromquelle zum Akkumulatorkreis gesperrt wird. Ist die Schweißgeneratorspannung kleiner als die Spannung am Akkumulator — was bei abgesenkter b5 Drehzahl der Fall ist — dann übernimmt im Fall des Kurzschlusses beim Be; ihren des Werkstückes mit der Elektrode der Akkumulatorstromkreis über das Startre

lais 3 den Stromfluß. Der wettere Ablauf des Hochlaufes erfolgt so, daß das Zeitrelais 6 den Hubmagnet zur Drehzahlverstellung an Spannung legt und der damit auf Nenndrehzahl angehobene Drehzahlregler des Motors 8 die Motordrehzahl entsprechend erhöht Die Sperrdiode 2 im Startrelaiskreis verhindert, daß bei steigender Schweißspannung diese das Startrelais 3 beschädigt, daß bei steigender Schweißspannung diese das Startrelais 3 beschädigt. Der Startkreis allein würde aber die volle Funktion noch nicht erfüllen, so daß das dauernde O-Stellen des Zeitgliedes 6 von einem schweißstrom-abhängigen Signal erfolgen mufl. Dieses wird zweckmäßigerweise von einem Stromwandler 4 im Schweißstromkreis gewonnen. Die Verarbeitung des Dauersignals wird, wie oben erwähnt, wesentlich erleichtert, wenn der Stromwandler nicht-linear arbeitet. Im Fall einer bürstenlosen Schweißmaschine befindet sich der Stromwandler selbstverständlich noch im Wechselstromkreis. Das Signal des Stromwandlers 4 wird in dem Steuerrelais 5 verarbeite Sowohl das Steuer- als auch das Startrelais 3 habsti "arallel-ue^ende Arbeitskontakte, die das Zeitglied 6 und durch dieses den Drehzahlverstellmagnet 7 im Verbrennungsmotors ansteuern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrische Steueranordnung für den Verbrennungskraftmotor eines transportablen Lichtbogenschweißaggregates mit einer Schweißpausendrehzahl, die kleiner als die Leerlaufdrehzahl eingestellt ist, wobei bei einer durch ein Zeitrelais einstellbaren Arbeitspause die Drehzahl des Maschinensatzes von der Leerlaufdrehzahl auf die Schweißpausendrehzahl abgesenkt und bei neuerlichem Arbeitsbeginn durch Berühren des Werkstückes mit der Elektrode oder auch durch direkten Schweißklemmenkurzschluß wieder auf die Leerlaufdrehzahl angehoben wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Schweißelektrode eine Bereitschafts-Schaltstufe (1 —3) angeschlossen ist, von deren Steuereingängen der eine zum Anheben der Motordrehzahl auf die Leerlaufdrehzahl an einen Startakkumulator (1) angeschlossen jt und der andere für den Schweißbetrieb an einen in an sich bekannter Weise im Schweißstromkreis geschalteten Stromwandler (4) angeschlossen ist

2. Elektrische Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Steuereingang (3) der Bereitschafts-Schaltstufe über eine oder mehrere seriegeschaltete Sperrdioden (2) gegenüber dem Schweißkreis an die Schweißelektrode (9) angeschlossen ist.