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Anordnung zum intermittierenden Beobachten eines Lichtbogen-
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Schweißbades Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zum intermittierenden
Beobachten eines Lichtbogen-Schweißbades nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, wie
sie beispielsweise aus der DE-OS 2 651 878 als bekannt hervorgeht.
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Bei der bekannten Anordnung sind die beiden im Oberbegriff des Hauptanspruches
erwähnten Möglichkeiten der Lichtbogensteuerung für Beobachtungszwecke erwähnt,
und zwar ist in der Druckschrift die magnetische Auslenkung des Lichtbogens während
der Beobachtungsintervalle behandelt. Verbreiteter und praktisch bewährt ist die
Lichtbogenunterbrechung, die sich beim Schweißen mit gleichgerichtetem pulsierendem
Wechselstrom mehr oder weniger von alleine einstellt. Der Lichtbogen ändert seine
Intensität mit der doppelten Netzfrequenz, wobei er vorübergehend - ohne völlig
zu erlöschen - so schwach wird, daß er die Schweißbadhelligkeit
nicht
oder in erträglicher Weise überschreitet. Bei Verwendung von Frequenzumsetzern in
der Schweißstromquelle erreicht der Lichtbogen selbstverständlich periodisch in
einer der verwendeten Frequenz entsprechenden Häufigkeit die erwähnte Schwächung.
Während dieser kurzen Intervalle kann der Strahlengang zum Beobachter bzw. zur Kamera
freigegeben werden, so daß das Schweißbad betrachtet bzw. aufgenommen werden kann.
Die Unterbrechung des Strahlenganges während der zeitlich länger andauernden Brennphase
des Lichtbogens erfolgt bei der bekannten Anordnung durch eine rotierende Scheibe,
die an einer Umfangsstelle ein Loch hat. Die Scheibe ist elektromotorisch angetrieben;
die Antriebsquelle muß mit der pulsierenden Schweißspannung nach Pulsfrequenz und
Phasenlage sorgfältig synchronisiert sein, damit auch wirklich stets im Zeitpunkt
der Lichtbogenunterbrechung das Loch in der rotierenden Scheibe den Strahlengang
freigibt. Eine solche Strahlengangunterbrechung ist konstruktiv sehr aufwendig und
benötigt im Bereich des Objektives einer Aufnahmekamera viel Platz. Dadurch ist
die Handhabbarkeit und Einsatzfähigkeit einer Aufnahmekamera beeinträchtigt.
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Aufgabe der Erfindung ist es, die zugrunde gelegte Anordnung dahingehend
zu verbessern, daß die Strahlengangunterbrechung einfacher, billiger und weniger
platzaufwendig ist, so daß die Handhabbarkeit und Einsatzfähigkeit einer Beobachtungseinrichtung
bzw. Aufnahmekamera erleichtert wird.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale
von Anspruch 1 gelöst.
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Die darin erwähnte elektro-optische Keramikscheibe zeitigt ebenso
wie die erwähnte Kerr-Zelle selber auch den sogenannten Kerr-Effekt, jedoch lediglich
mittels einer Kristallstruktur anstelle einer Flüssigkeit wie bei der Kerr-Zelle.
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In beiden Fällen wird zwischen zwei Polarisationsfilter, deren Polarisationsebenen
um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 9o°, gegeneinander versetzt sind ein
durchsichtiges Medium eingegeben, welches je nach Höhe einer angelegten elektrischen
Spannung eine mehr oder weniger starke Drehung der Schwingungsebene des eintretenden
polarisierten Lichtes ausübt. Bei Spannungsfreiheit übt das Medium keine Drehung
der Schwingungsebene aus, so daß unter der oraussetzung, daß die beiden Polarisationsebenen
der beiden Po-0 larisationsfilter um 9o gegeneinander versetzt sind, sämtliche Lichtwel
len zufl#ckgehalten werden. Die Keramikscheibe bzw. die Kerr-Zelle erscheint in
diesem Fall völlig lichtundurchlässig. Mit zunehmender elektrischer Spannung an
der Keramikscheibe bzw. der Kerr-Zelle erfolgt eine dementsprechend zunehmende Drehung
der Schwingungsebene des hindurchtretenden Lichtes und dementsprechend eine zunehmende
Lichtdurchlässigkeit. Außer von der Höhe der angelegten elektrischen Spannung hängt
die erreichte Drehung der Schwingungsebenen auch von der vorgesehenen Schichtstärke
ab. Bei einem erprobten Ausführungsbeispiel war die Schichtstärke so beschaffen,
daß bei etwa 700V eine Verdrehung der Schwingungsebenen um 900 erreicht wurde. Bei
dieser Spannung erreichte die Keramikscheibe ihre größte Lichtdurchlässigkeit.
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Etwa 30 Oo der eingetretenen Lichtmenge wurden dabei in der Keramikscheibe
absorbiert. Eine solche Lichtschwächung ist bei dem vorliegenden Anwendungsfall,
bei dem es sich um die Beobachtung sehr hellstrahlender Objekte handelt, ohne weiteres
zulässig. In zeitlicher Hinsicht erfolgt die Änderung der Lichtdurchlässigkeit in
Abhängigkeit von der angelegten Spannung praktisch trägheitsfrei.
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Anstelle eines Elektromotors mit einer großen rotierenden Scheibe
braucht im Strahlengang nunmehr lediglich eine stillstehende opto-elektrische Keramikscheibe,
eine Kerr-Zelle od. dgl. angeordnet zu sein. Ein Impulsgenerator zur periodischen
Aufhellung der Keramikscheibe ist ein relativ einfaches Bauteil, welches zudem abgerückt
aufgestellt oder angeordnet werden kann und die Handhabbarkeit und Einstzfähigkeit
einer Aufnahmekamera nicht zu beeinträchtigen braucht. Der Impulsgenerator läßt
sich auf einfache Weise durch einen Fototransistor od. dgl. von dem Lichtbogen selber
triggern. Die Keramikscheibe kann darüber hinaus auch die Funktion einer Blende
übernehmen und während der Beobachtungsintervalle auf konstanten Lichtdurchlaß geregelt
werden. Es braucht den Spannungsimpulsen lediglich eine kleine Gleichspannung überlagert
zu werden, die durch einen hinter der Keramikzelle angeordneten Fototransistor aussteuerbar
ist. Die Keramikscheibe wirkt dann als variables Graufilter nährend der Beobachtungsintervalle.
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Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles
nachfolgend noch kurz erläutert; dabei zeigen:
Fig. 1 die schematisierte
Darstellung einer Anordnung zum Beobachten eines Lichtbogen-Schweißbades u n d Fig.
2 den zeitlichen Verlauf des Schweißstromes und der an die Keramikscheibe angelegten
Spannung.
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Die Fig. 1 zeigt ein bruchstückweise dargestelltes Werkstück 2, dessen
Teile durch eine Lichtbogenschweißnaht 1 verbunden werden sollen. Von einer Schweißelektrode
5 geht ein Lichtbogen 3 zu dem Werkstück über und schmilzt dort den Werkstoff auf,
wobei ein Schweißbad 4 entsteht. Der Schweißstrom wird der Schweißelektrode aus
dem Wechsel stromnetz 7 über einen steuerbaren Schweißtransformator 6 und eine nicht
weiter dargestellte Gleichrichtereinrichtung zugeführt.
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Die Beobachtungsanordnung umfaßt eine Aufnahmekamera 9, die mit dem
Strahlengang 11 auf das Schweißrad 4 gerichtet ist, eine Gesichtsfeldblende lo sowie
eine als Strahlengangunterbrecher dienende Keramikscheibe 12 mit einem zugehörigen
Steuergerät 8. Das Steuergerät seinerseits umfaßt einen Spannungsgenerator 15 zur
Erzeugung von Rechteckimpulsen, der von einem opto-elektrischen Wandler 13, beispielsweise
einem Fototransistor aus triggerbar ist. Ferner umfaßt das Steuergerät einen Gleichspannungsgenerator
16, dessen Ausgang den Rechteckimpulsen überlagerbar ist und dessen Gleichspannungshöhe
ebenfalls von einem als Fototransistor ausgebildeten opto-elektrischen Wandler 14
aus steuerbar ist. Der erste opto-elektrische Wandler 13 ist im Strahlengang
vor
der Keramikscheibe 12 angeordnet und im wesentlichen von der Helligkeit des Lichtbogens
3 beaufschlagt.
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Während der kurzen Beobachtungsintervalle t (vgl. Fig. 2), während
der der Schweißstrom 17 sehr klein und die Helligkeit des Lichtbogens sehr gering
ist, gibt der Impulsgenerator 15 einen Rechteckimpuls 18 ab, der seiner zeitlichen
Dauer nach auf die Dauer des "Erlöschens" des Lichtbogens bemessen ist; dieses Erlöschen
wird von dem ersten optoelektrischen Wandler 1 festgestellt. Die Spannungshöhe der
Rechteckimpulse beträgt etwa 650 bis 700 Volt. Während der kurzen Impulsdauer t
verliert die Keramikscheibe ihre lichtsperrende Wirkung und wird trägheitsfrei durchsichtig.
Dadurch wird der vom Schweißbad 4 ausgehende Strahlengang 11 für die Aufnahmekamera
9 freigegeben; die Resthelligkeit des noch verbleibenden, nahezu erloschenen Lichtbogens
stört dabei nicht. Durch den zweiten hinter der Keramikscheibe angeordneten opto-elektrischen
Wandler 14 wird die Durchlässigkeit der Keramikscheibe während der Beobachtungsintervalle
t geregelt. Es wird eine Gleichspannung 19 mit der Spannungshöhe h den Rechteckimpulsen
überlagert. Der Regelbereich der Gleichspannung beträgt B.
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Während der Beobachtungspausen liegt zwar diese Gleichspannung ebenfalls
an der Keramikscheibe an, dadurch wird diese jedoch in ihrer lichtsperrenden Wirkung
nicht beeinflußt. Hingegen kann während der Beobachtungsintervalle t im Bereich
der Durchsichtigkeit deren Durchlässigkeit durch die überlagerte Gleichspannung
beeinflußt werden.
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Je höher die Spannungshöhe der Rechteckimpulse ist, um so weniger
Licht wird absorbiert. Wenn das Schweißbad mit großer Helligkeit strahlt, wird nur
eine re1a:iv niedrige
Gleichspannung überlagert, so daß während
der Beobachtungsintervalle die Keramikscheibe noch relativ viel Licht absorbiert.
Bei weniger stark leuchtendem Schweißbad wird selbsttätig eine höhere Gleichspannung
überlagert, so daß die Keramikscheibe während der Beobachtungsintervalle lichtdurchlässiger
wird. Dank dieser Anordnung kann die Keramikscheibe nicht nur die Funktion eines
Lichtunterbrechers, sondern auch die Funktion einer Blende während der Beobachtungsintervalle
übernehmen. Die Lichtsperrung und die Durchlässigkeitsregelung werden von dem Lichtbogen
bzw. von der Badhelligkeit mittels der beiden optoelektrischen Wandler vor bzw.
hinter der Keramikscheibe abgetastet. Dadurch kommt unabhänging von der verwendeten
Schweißfrequenz in jedem Fall selbsttätig eine Synchronisation und Adaption zustande,
ohne daß es hierzu besonderer Einrichtungen mechanischer Art bedürfte. Die Beobachtungseinrichtung
ist daher ohne weiteres bei jeder Lichtbogenschweißung mit pulsierendem Schweißstrom
einsetzbar, bei dem der Lichtbogen periodisch nahezu erlöscht. Als weitere Vorteile
der Anordnung gemäß der Erfindung sind hervorzuheben die leichte und kleine Bauweise
des Lichtunterbrechers, dem außerdem wegen der Zuweisung einer doppelten Funktion
die Wirkung einer automatischen Lichtdurchlaßregelung zukommt. Dadurch ist eine
Beobachtungs-bzw. Aufnahmeeinrichtung für Lichtbogenschweißbäder in der Anschaffung
billiger und in der Handhabbarkeit und Einsetzbarkeit einfacher als bekannte Einrichtungen.