DE2951073C2 - Antriebseinrichtung für einen Schweißbrenner, insbesondere zum Schweißen von Rundnähten - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebseinrichtung für einen Schweißbrenner, insbesondere zum Schweißen von Rundnähten in vorzugsweise senkrechter Ebene, mit einem Fahrwerk, das einen Fahrmotor und eine Fahrmotor-Steuerung aufweist.

Mit diesem Oberbegriff wird auf einen Stand der Technik bezug genommen, wie er beispielsweise durch die DE-OS 22 43 460 bekanntgeworden ist. Die Einrichtung nach dieser Schriftstelle weist einen Fahrmotor auf, mit dem das Fahrwerk und damit der Schweißbrenner orbital um ein zu schweißendes Rohr bewegbar ist. Die Praxis hat gezeigt, daß die mit derartigen Einrichtungen erreichbare Konstanz der Fahr/Rotationsgeschwindigkeit nur in einer Größenordnung liegt, bei der einwandfreie Schweißnähte nicht immer gewährleistet sind. Diese Änderungen der Fahrgeschwindigkeit werden insbesondere auf die beim Bewegen des Fahrwerkes um ein liegendes Rohr *>5 unterschiedlich wirkenden Massenkräfte zurückgeführt.

Darüber hinaus hat es sich gezeigt, daß es sowohl bei den oben beschriebenen Orbitalfahrwerken als auch bei Längsfahrwerken, bei denen der Fahrmotor über Getriebe und Zahnrädern mit den Fahrwerksantriebsrädern verbunden ist, das Getriebespiel einen Einfluß auf die Konstanz der Fahrgeschwindigkeit ausübt. Dabei zeigt sich der Einfluß besonders intensiv beim Umschalten von Vor- auf Rückwärtsfahrt bei IJingsfahrwerken, wobei Geschwindigkeitsverzögerungen auftreten. Bei Orbitalfahrwerken treten beim Übergang von Bergfahrt auf Talfahrt oder umgekehrt Geschwindigkeitssprünge auf, wodurch ebenfalls der Schweißablauf sowie die Güte der Schweißung negativ beeinflußt werden.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile der bekannten Einrichtungen zu vermeiden und eine Einrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, mit der einerseits eine einwandfreie Schweißnähte ergebende Geschwindigkeitskonstanz und andererseits ein ruck- und verzögerungsfreier Geschwindigkeitsverlauf erreichbar ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem Fahrwerkmotor eine Brems-/ Beschleunigungs-Vorrichtung zugeordnet ist. Dadurch werden vorteilhaft eine konstante, ruck- und verzögerungsfreie sowie getriebespielunbeeinflußte Fahrgeschwindigkeit und damit Schweißfehler, die auf Fahrgeschwindigkeitsänderung zurückzuführen sind, vermieden. Bevorzugt weist die Brenis-ZBeschleunigungs-Vorrichtung einen Hilfsmotor auf, welcher mechanisch mit dem Fahrwerksmotor gekoppelt ist, wobei vorzugsweise der Hilfsmotor mit einem vom Strom-Istwert des Fahrmotors abhängigen Laststrom-Sollwert beaufschlagbar ist.

Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Einrichtung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet und in der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles der Erfindungen näher erläutert. Es veranschaulicht

F i g. I eine Einrichtung nach der Erfindung,

F i g. 2 ein Strom/Geschwindigkeits-Diagramm.

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Fahrwerk 10 veranschaulicht, welches in einer um ein Rohr 11 gelegten Führung 12 gehalten und somit in dieser orbital um das Rohr 11 geführt werden kann. Am Fahrwerk sind in bekannter Weise ein Lichtbogen-Schweißbrenner 13 sowie nicht näher dargestellte Brennerverstell- und Pendelvorrichtungen sowie eine Drahtvorratsrolle befestigt. Der Brenner 13 ist dabei über ein nicht näher dargestelltes Schlauchpaket mit einer ebenfalls nicht veranschaulichten Schweißstromquelle verbunden. Der Antrieb des Fahrwerkes 10 weist einen Fahrmotor 14 auf, dessen Rotor mit einem Zahnrad 15 verbunden ist, welches in einem Antriebszahnrad 16 kämmt, das mit dem Fahrwerksrad 17 in Verbindung steht.

Dem Fahrmotor 14 ist eine Brems-ZBeschleunigungs-Vorrichtung 18 zugeordnet, die einen Hilfsmotor 19 aufweist, dessen Rotor über ein Zahnrad 20 ebenfalls mit dem Antriebszahnrad 16 in mechanischer Verbindung steht. Dabei sind das Zahnrad 20 und das Zahnrad

15 identisch ausgebildet. Selbstverständlich kann anstelle der beschriebenen mechanischen Kopplung von Fahrmotor 14 und Hilfsmotor 19 über die Zahnräder 15,

16 und 20 auch eine andere mechanische Kopplung der Motore 14 und 19 vorgenommen werden. So ist es beispielsweise auch vorteilhaft möglich, die beiden Rotore der Motore 14 und 19 mechanisch zu verbinden und nur einen der Rotore über ein Zahnrad mit dem Antriebszahnrad 16 in Eingriff zubringen.

Dem Fahrmotor 14 ist eine Fahrmotorsteuerung 22 zugeordnet, die einen Drehzahl-Soll-Istwertvergleicher 23 aufweist, dessen einer Eingang 24 mit einem Sollwertgeber 26 und dessen anderer Eingang 25 mit einem Drehzahl-Istwertgeber 27 verbunden ist. Der Ausgang 28 des Verstärkers 23 ist unter Zwischenschaltung eines Motorstrom-Regelven.tärkers 29 und einer Motorendstufe 30 mit dem Eingang 31 des Fahrmotors 14 verbunden. Der Stomregelverstärker 29 wird vom Signal eines Motorstrom-Istwertgebers 32 sovie vom Motoripannungs-Istwertsignal (Leitung 21) beaufschlagt. Der Sollwertgeber 26 ist als Digital-Sollwertgeber ausgebildet und über einen Digital-Analogwandler 33, der über ein Zeitglied 34 ein-/ausschaltbar ist, mit dem Regelverstärker 23 verbunden.

Dem Eingang 35 des Hilfsmotors 19 ist eine Hilfsmotorsteuerung 36 zugeordnet, die einen Motorstrom-Regelverstärker 37 mit nachgeschalteter Endstufe 38 aufweist Der Eingang 39 des Verstärkers 37 ist mit einem Sollwertgeber 40 verbunden, wänrend der Eingang 41 des Regelverstärkers 37 mit dem Fahrmotorstrom-Istwertgeber 32 in Verbindung steht. Der Hilfsmotorstrom-Istwertgeber ist mit 42 bezeichnet und mit dem Eingang 43 des Regeiverstärkers 37 verbunden.

Die Funktionsweise der beschriebenen Einrichtung wird nachstehend näher erläutert.

Die Geschwindigkeits-Sollwerteinstellung erfolgt über die beispielsweise vorgesehenen drei Digitalschalter des Sollwertgebers 26, der somit einen Einstellbereich von maximal 999 mm min-¹ aufweist. Im Digital- in Analogwandler 33 wird die vorgewählte Geschwindigkeit in eine proportionale Analogspannung gewandelt und den Folgeverstärkern 23,29,30 zugeführt und zwar dann, wenn das Zeitglied 34 den Signalweg freigibt.

Mit dem Zeitglied 34 kann somit die Zeit zwischen y, Ankunft eines Startimpulses, der beispielsweise von einem Programmgeber geliefert wird, und Freigabe der Folgeverstärker 23,29,30 den praktischen Bedürfnissen (Fahrwerkzögerung nach Schweißstromeinsatz) angepaßt werden.

Der Fahrmotor 14 bewegt sich dann mit einer dem eingestellten Sollwert entsprechenden Drehzahl. Zur Drehzahlregelung und -stabilisierung wird einmal die vom Istwertgeber 27, welcher bevorzugt als Tachogenerator ausgebildet ist, gelieferte Spannung dem Drehzahl-Istwertvergleicher 23 kompensierend zugeführt, zum anderen enthält der Motorstrom-Regelverstärker 29 eine Regelspannung, die dem Spannungsabfall über dem Fahrmotor 14 proportional ist. Απί Ausgang des Vergleichers 23 erscheint die Sollspannung für den Verstärker 29. Sie entspricht der Differenzspannung zwischen (eingestellter) Sollspannung und dem vom Tacho gelieferten Drehzahl-Istwert.

Die über dem Strom-Istwertgeber 32 abfallende Spannung ist dem Strom-Istwert proportional und wird dem Stromregelverstärker 29 zugeführt und in diesem mit der vom Verstärker 23 erzeugten Sollspannung verglichen. Durch diese Verknüpfung, welche auch als überlagerte Regelung bezeichnet werden kann, wirkt im Normalbetrieb der Regelverstärker 23, während der Stromregler 29 zum Beispiel bei Überlast wirksam wird und den Motorstrom konstant hält.

Der Hilfsmotor 19 ist mit dem Fahrmotor 14, wie oben beschrieben, mechanisch gekoppelt. Dadurch erhält im Normalfalle der Hilfsmotor 19 ein dem Fahrmotor 14 entgegengesetztes Moment. Die Momentgröße wird bestimmt durch die am Hilfs-Sollwertgeber (Potentiometer) 40 eingestellte, negative Spannung und die am Strom-Istwertgeber 32 abfallende, positive Spannung. Beide Spannungen gelangen an die Eingänge 39, 41 des Regeiverstärkers 37, bilden dort einen Strom-Sollwert und werden mit dem Strom-Istwert vom Hilfsstrom-Istwertgeber 42 verglichen. Zur Vermeidung von Regelschwingungen wird zusätzlich dem Regelverstärker 37 die Ankerspannung des Hilfsmotors 19 gegenkoppelnd zugeführt.

Die oben beschriebene Schaltung bewirkt bei Talfahrt (siehe Pfeii Am F ig. 1) wegen geringerer Stromaufnahme des Fahrmotors 14 einen geringeren Spannungsabfall am Istwertgeber 32, so daß der negative Sollwert im Regelverstärker 37 überwiegt. Die Folge ist eine Verstärkung des negativen Drehmoments des Hilfsmotors 19. Damit ist verhindert, daß der Fahrmotor 14 von Antrieb auf Bremsen umgeschaltet wird, so daß er also permanent belastet ist. Bei Bergfahrt (siehe Pfeil B in Fig. 1) überwiegt dagegen am Regler 37 der positive Strom-Sollwert vom Geber 32 über den negativen Last-Sollwert vom Potentiometer 40. In diesem Fall unterstützt dann der Hilfsmotor 19 den Fahrmotor 14 durch ein positives Drehmoment.

In Fig. 2 sind die Zusammenhänge zwischen Fahrmotorstrom (Kurve 1), Hilfsmotorstrom (Kurve 2) und Fahrgeschwindigkeit (Kurve 3) in Abhängigkeit von der Position des Fahrwerkes 10 auf einem linksumfahrenen Rohr, beginnend bei der 12-Uhr-Stellung dargestellt. Wie die Kurve 1 veranschaulicht, verbraucht der Fahrmotor 14 auch bei Talfahrt Strom, schaltet also nicht von Fahrt auf Bremsen um. Der Hilfsmotor (siehe Kurve 2) wirkt bis kurz vor der 6-LJhr-Stellung als Generator, d. h. er bremst, dann, also bei Bergfahrt, zieht er einen Strom von bis zu etwa 200 mA, d. h. er liefert ein erhebliches Zusatzdrehmoment. Die Fahrgeschwindigkeit (Kurve 3), aufgetragen als Tachospannung, zeigt einen ruck- und verzögerungsfreien Verlauf und weicht bei Bergfahrt nur um minus 2% vom Sollwert ab. Darüber hinaus wurde während der Aufnahme dieser Kurven 1 —3 am Schlauchpaket zu den Zeitpunkten a, b und c stark gegen die Fahrtrichtung gezogen. Die Auswirkung auf die Fahrgeschwindigkeit ist dabei deutlich geringer als 0,5% und damit vernachlässigbar. Diese geringen Fahrwerksgeschwindigkeitsabweichungen vom Sollwert bewirken jedoch keine Schweißfehler, so daß durch die Erfindung die eingangs gestellte Aufgabe gelöst ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Antriebseinrichtung für einen Schweißbrenner, insbesondere zum Schweißen von Rundnähten in vorzugsweise senkrechter Ebene, mit einem Fahrwerk, das einen Fahrmotor und eine Fahrmotor-Steuerung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fahrmotor (14) eine Brems-/Beschleunigungs-Vorrichtung (18) zugeordnet ist

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die BremS'/Beschleunigungs-Von ichtung (18) einen Hilfsmotor (19) aufweist, welcher mit dem Fahrmotor (14) mechanisch gekoppelt ist, und daß Hilfs- sowie Fahrmotor (19 bzw. 14) vorzugsweise Elektromotore sind. ι ■>

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor (19) mit einem vom Strom-Istwert des Fahrmotors (14) abhängigen Laststrom-Sollwert beaufschlagbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrmotorsteuerung (22) einen Drehzahl-Soll-Istwertvergleicher (23) aufweist, dessen Eingänge (24 bzw. 25) mit einem Sollwertgeber (26) und einem Drehzahl-Istwertgeber (27) verbunden sind und dessen Ausgang

(28) unter Zwischenschaltung eines Motor-Stromregelverstärkers (29) und einer Motorendstufe (30) mit dem Eingang (31) des Fahrmotors (14) in Verbindung steht und bei der ferner der Stromregelverstärker

(29) vom Signal des Motorstrom-Istwertgebers (32) und vom Motorspannungs-Istwertsignal beaufschlagbar ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmotor (19) über eine Endstufe (38) mit einem Stromregelverstärker (37) in Verbindung steht, dessen Eingänge (39, 41) einerseits mit einem Sollwertgeber (40) und andererseits mit dem Fahrmotorstrom-Istwertgeber (32) verbunden sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (40) einen negativen Sollwert abgibt.