DE3220590C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine, bei der einem Werkstück eine sich aufbrauchende Elektrode gegenübergestellt ist.

Aus der Druckschrift EP-A-00 12 576 ist eine Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine bekannt mit einer Stromquelle zum Zuführen eines Schweißstromes zwischen einer sich aufbrauchenden Elektrode und dem Werkstück, einem mit dem Ausgang der Energiezuführung verbundenen Schaltelement zum Steuern des Schweißstromes zwischen Elektrode und Werkstück, einem Stromdetektorelement zur Abgabe eines Signals, welches proportional zum momentan zwischen Elektrode und Werkstück fließenden Strom ist, einer Basisstromeinstellschaltung zum Erzeugen eines Signals für die Zuführung eines konstanten Basisstromes zwischen Elektrode und Werkstück, einer Kurzschlußstrom-Einstellschaltung, die einen Strom zuführt, der größer ist als der durch die Basisstromeinstellschaltung vorgebene Schweißstrom, und einem Addierglied, das sowohl mit der Basisstromeinstellschaltung als auch mit der Kurzschlußstromeinstellschaltung verbunden ist und aus den Ausgangssignalen dieser beiden Schaltungen ein Summensignal bildet.

Eine Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine ähnlicher Bauart ist aus der Druckschrift US-Re. 29 400 bekannt.

Bei den Vorrichtungen nach den vorgenannten Druckschriften wird das durch das Addierglied gebildete Summensignal jeweils unmittelbar an das Schaltelement zum Steuern des Schweißstromes zwischen Elektrode und Werkstück geliefert. Diese vorbekannten Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß eine hinreichende Steuerung des Schweißtromes nicht ermöglicht wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine zu schaffen, mit welcher die Steuerung des Schweißstromes wesentlich verbessert wird.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine weist den Vorteil auf, daß durch den Vergleich des Summensignals aus dem Addierglied mit dem Signal aus dem Stromdetektorelement und durch die Steuerung des den Schweißstrom steuernden Schaltelementes entsprechend der jeweils ermittelten Abweichung des festgestellten Schweißstromes von einem vorgegebenen Verlauf eine zufriedenstellende Korrektur des Schweißstromes auch im Transientenbereich ermöglicht wird.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungungsgemäßen Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine und

Fig. 2 den zeitlichen Verlauf des mit der Vorrichtung nach Fig. 1 erzeugten Schweißstromes.

In Fig. 1 bezeichnet die Bezugszahl 1 eine sich verbrauchende drahtförmige Schweißelektrode, 2 einen Lichtbogen, 3 ein Werkstück, 4 eine Gleichstromquelle einschließlich eines nicht näher dargestellten Schweißtransformators, 5 ein Schaltelement zum Steuern des von der Gleichstromquelle 4 dem Lichtbogen 2 zugeführten Schweißstromes, 6 eine Treiberschaltung für das Schaltelement 5, und 7 einen an einer vorbestimmten Spannung anliegenden einstellbaren Widerstand zum Steuern des Vorschubs der Drahtelektrode 1. Zum Vorschub der Elektrode 1 dient ein von einem Motorsteuerkreis 8 gesteuerter Motor 9, der eine Elektroden-Antriebsrolle 10 antreibt. Die Bezugszahl 11 bezeichnet einen Einstellschaltkreis für den Basis-Schweißstrom und wird nachfolgend als Basisstrom-Einstellschaltung bezeichnet. Mit ihrer Hilfe wird ein Basiswert des über den Lichtbogen 2 fließenden Schweißstromes nach Maßgabe des am einstellbaren Widerstand 7 eingestellten Wertes gesteuert.

Die Bezugszahl 15 bezeichnet ein Stromdetektorelement, das dazu dient, die Stärke des Schweißstromes festzustellen, während mit 16 eine Schweißstromsteuerschaltung bezeichnet ist, die zur Steuerung des Ausgangsstromes ein Signal vom Stromdetektorelement 15 erhält. Mit 17 ist eine Leerlaufdiode bezeichntet.

Die Schweißstromsteuerschaltung 16 erhält auch das Ausgangssignal eines Addiergliedes 18. Die Bezugszahl 19 bezeichnet eine Kurzschlußdetektorschaltung, welche einen Kurzschluß zwischen der Elektrode 1 und dem Werkstück 3 feststellt und fortdauernd ein Signal erzeugt, wobei das während des Vorhandenseins eines Kurzschlusses zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 den Kurzschluß anzeigende Signal beibehalten wird und während des Nicht-Vorhandensein eines derartigen Kurzschlusses ein das Fehlen von Kurzschluß anzeigendes Signal beibehalten wird. Die beiden Signale werden jeweils einer Kurzschlußstrom-Einstellschaltung 20 zugeführt, welche nachfolgend als Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung bezeichnet wird und in welcher ein erster Signalverlauf e_is für die Kurzschluß-Zeitspanne und ein zweiter Signalverlauf e_is′′ für eine Zeitspanne unmittelbar nach Abbruch des Kurzschlußsignals vorgegeben und nacheinander dem Addierglied 18 zugeführt werden.

Das Addierglied 18 erhält außerdem ein Signal e_ib von der Basisstrom-Einstellschaltung 11, welche das Signal e_ib als Vorgabe für die Zuführung eines konstanten Basisstromes zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 bildet. Die Basisstrom-Einstellschaltung 11 ist eingangsseitig ebenfalls an den einstellbaren Widerstand 7 angeschlossen, so daß durch Verstellen dieses Widerstandes auch das Basisstrom-Vorgabesignal e_ib einstellbar ist.

Das Addierglied 18 addiert somit das Signal e_is bzw. e_is′′ der Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung 20 und das Signal e_ib der Basisstrom-Einstellschaltung 11 und gibt das addierte Signal an die Schweißstrom-Steuerschaltung 16.

Der Schweißvorgang beginnt durch Verschieben der Elektrode gegen das Werkstück 3. Die Elektroden-Vorschubgeschwindigkeit wird durch die Drehzahl des Motors 9 bestimmt, die wiederum durch den einstellbaren Widerstand 7 gesteuert wird. Über diesen Widerstand 7 ist also die Elektroden-Vorschubgeschwindigkeit steuerbar.

Die Stärke des Schweißstromes wird durch die Schweißtstrom-Steuerschaltung 16 gesteuert, welche ein Rückkopplungssignal des Stromdetektorelementes 15 mit dem jeweiligen Summensignal des Addiergliedes 18 vergleicht und an die Treiberschaltung 6 zwei Signalwerte H bzw. L abgibt. Die Treiberschaltung 6 verstärkt das H- bzw. L-Signal von der Schweißstrom-Steuerschaltung 16 und gibt an das Schaltelement 5 in Abhängigkeit von den Signalen H und L ein Treibersignal ab. Die Treiberschaltung 6 bewirkt also das Ein- bzw. Ausschalten des Schaltelementes 5 in Abhängigkeit von den verstärkten H- bzw. L-Signalen. Wenn das Schaltelement 5 leitend ist, fließt von der Gleichstromquelle 4 ein Schweißstrom über einen das Schaltelement 5, die Elektrode 1, den Lichtbogen 2, das Werkstück 3 und das Stromdetektorelement 15 enthaltenden Strompfad. Wenn das Schaltelement 5 sperrt, sorgt eine nicht dargestellte Drossel dafür, daß der Schweißstrom über einen Pfad fließt, in dem sich die Leerlaufdiode 17, die Schweißelektrode 1, der Lichtbogen 2, das Werkstück 3 und das Stromdetektorelement 15 befinden, so daß der Schweißstrom unmittelbar nach dem Sperren des Schaltelementes 5 nicht zu Null wird. Der Lichtbogen 2 erhält also ständig einen Strom, indem das Schaltelement 5 zwischen leitendem und gesperrtem Zustand mit vorgegebener Geschwindigkeit und unter Verwendung der Rückkopplungssteuerung für den Schweißstrom ständig hin- und herschaltet.

Bei einem Schweißvorgang, bei dem der die Elektrode 1 bildende Schweißdraht automatisch in Richtung auf das Werkstück 3 gefördert wird, wird die dem Werkstück 3 zugeführte Wärmemenge möglichst klein gehalten. Um dies zu erreichen, wird die Länge des Lichtbogens 2 klein gehalten. Wenn die Elektrode 1 das Werkstück 3 berührt, wird eine Schmelzperle an der Spitze der Elektrode 1 unter Ablösung hiervon auf das Werkstück 3 übertragen, so daß nach Ausbildung eines Kurzschlusses ein Lichtbogen entsteht. Bei der erfindungsgemäßen Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine entstehen also zyklisch Kurzschlüsse und Lichtbogen.

Fig. 2 zeigt die Stromverlauf des Schweißtstromes. Auf der waagrechten Achse sind die Zeit und auf der senkrechten Achse die Stärke des Schweißstromes aufgetragen. In der Zeitspanne Ts sind Elektrode 1 und Werkstück 3 kurzgeschlossen, wobei durch Vorgabe des Signalverlaufs e_is aus der Kurzschluß-Vorgabeschaltung 20 der Schweißstrom ansteigt. In der unmittelbar anschließenden Zeitspanne Ta1 ist der Kurzschluß aufgehoben und es entwickelt sich zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 der Schweißlichtbogen, wobei der Strom entsprechend der Vorgabe des Signalverlaufs e_is′′ aus der Kurzschluß-Vorgabeschaltung 20 abfällt. In der Zeitspanne Ta2 wird zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 der Lichtbogen aufrechterhalten, jedoch mit einer konstanten Stromstärke I_B entsprechend dem vorgegebenen Basisstromsignal e_ib aus der Basisstrom-Einstellschaltung 11.

In der Zeitspanne Ta2, welche der unmittelbar auf eine Kurzschlußzeitspanne Ts folgenden Zeitspanne Ta1 folgt, wird von der Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung 20 kein Signalverlauf e_is oder e_is′′ vorgegeben, so daß das Addierglied 18 nur das konstante Signal e_ib von der Basisstrom-Einstellschaltung 11 erhält und an die Schweißstrom-Steuerschaltung 16 weiterleitet. Der Stärke des Schweißstromes nimmt somit den konstanten Wert I_B an und wird auf diesem Wert gehalten, bis ein erneuter Kurzschluß einsetzt.

Setzt durch den weiteren Vorschub der Elektrode 1 gegen das Werkstück 3 ein erneuter Kurzschluß ein, so wird dies von der Kurzschlußdetektorschaltung 19 festgestellt, welche ein Kurzschlußsignal an die Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung 20 liefert. Diese erzeugt daraufhin in der Zeitspanne Ts den Signalverlauf e_is mit einem Signalanstieg, solange das Kurzschlußsignal von der Kurzschlußdetektorschaltung 19 an der Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung 20 anliegt. Der Signalverlauf e_is wird an das Addierglied 18 weitergegeben, welches dort mit dem Basistromvorgabesignal e_ib von der Basisstrom-Einstellschaltung 11 zum Summensignal (e_ib+e_is) addiert wird. Das addierte Signal gelangt dann an die Schweißstrom-Steuerschaltung 16. Fig. 2 zeigt, daß der dann Schweißstrom, ausgehend vom Wert I_B, welcher während der Lichtbogen-Zeitspanne Ta2 zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 floß, stetig ansteigt.

Wird durch Übergang einer Schweißperle von der Spitze der Elektrode 1 auf das Werkstück 3 der Kurzschluß zwischen Elektrode 1 und Werkstück 3 wieder aufgehoben, wird dies von der Kurzschlußdetektorschaltung 19 wiederum festgestellt und durch ein die Aufhebung des Kurzschlusses anzeigendes Signal an die Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung 20 gemeldet. Diese gibt daraufhin in der Zeitspanne Ta1 den Signalverlauf e_is′′ vor, welcher von dem unmittelbar vor Abbruch des Kurzschlußsignals erreichten Wert allmählich absinkt und nach der Zeitspanne Ta1 den Wert Null erreicht. Der Signalverlauf e_is′′ gelangt an das Addierglied 18 und wird dort mit dem Basisstrom-Vorgabesignal e_ib zum Summensignal (e_ib+e_is′′) aufaddiert. Das Summensignal wird wiederum der Schweißstrom-Steuerschaltung 16 zugeführt, so daß der Schweißstrom von dem am Ende der Zeitspanne Ts erreichten Spitzenwert allmählich auf den Basiswert I_B absinkt.

In der anschließenden Zeitspanne Ta2 setzt der oben beschriebene Vorgang von neuem ein.

Bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wurde eine konstante Vorschubgeschwindigkeit für den Vorschub der Elektrode 1 vorgesehen, doch kann diese in Abhängigkeit der Lichtbogenspannung durch ein Rückkopplungssignal auch verändert werden.

Ferner wurde bei der oben beschriebenen Ausführungsform der Erfindung nur ein einziger Stellwiderstand 7 vorgesehen, der sowohl zur Einstellung der Elektroden-Vorschubgeschwindigkeit als auch für Einstellung des Basisstromes I_B verwendet wird. Statt dessen können auch zwei Einstellwiderstände zur Durchführung getrennter Einstellvorgänge vorgesehen werden. Es können auch zwei Einstellwiderstände für Grob- und Feineinstellung von Elektrodenvorschubgeschwindigkeit und Basisstrom vorgesehen werden.

Wie oben beschrieben wurde, wird dem Basisstrom-Vorgabesignal e_ib nicht nur während der Kurzschlußphase Ts, sondern auch während der auf die Kurzschlußphase folgenden Lichtbogenphase Ta1 jeweils ein vorgegebener Signalverlauf e_is bzw. e_is′′ hinzuaddiert. Hierdurch wird eine exakte Steuerung des Schweißstromes in den aufeinanderfolgenden Betriebsphasen ermöglicht und ein kontinuierlicher Schweißbetrieb innerhalb des gewöhnlich vorgesehenen Bereiches von Geschwindigkeiten für den Elektrodenvorschub gewährleistet. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die erfindungsgemäße Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine mit niedrigen Kosten hergestellt werden kann.

Claims (6)

1. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine, bei der einem Werkstück (3) eine sich aufbrauchende Elektrode (1) gegenübergestellt ist, umfassend

• a) eine Stromquelle (4) zum Zuführen eines Schweißstroms zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3),
• b) ein mit einem Ausgang der Stromquelle (4) verbundenes Schaltelement (5) zum Steuern des Schweißstromes zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3),
• c) ein Stromdetektorelement (15) zur Abgabe eines Signals, welches proportional ist zum momentan zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3) fließenden Strom,
• d) eine Kurzschlußdetektorschaltung (19), die zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3) geschaltet ist und bei Kurzschluß zwischen ihnen ein entsprechendes Kurzschlußsignal abgibt,
• e) eine Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung (20) zur Vorgabe eines ersten Signalverlaufs (e_is) für die Zuführung eines Stromes zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3) während der Dauer eines Kurzschlusses und zur Vorgabe eines zweiten Signalverlaufs (e_is′′) für die Zuführung eines Stromes zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3) während einer an das Ende des Kurzschlusses anschließenden Zeitdauer, wozu das dem Kurzschluß entsprechende Kurzschlußsignal der Kurzschlußdetektorschaltung (19) der Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung (20) zugeführt wird,
• f) eine Basisstrom-Einstellschaltung (11) zur Bildung eines Signals (e_ib) als Vorgabe für die Zuführung eines konstanten Basisstromes zwischen Elektrode (1) und Werkstück (3),
• g) ein Addierglied (18), das sowohl mit der Basisstrom-Einstellschaltung (11) als auch mit der Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung (20) verbunden ist und aus den Ausgangssignalen (e_is, e_is′′; e_ib) dieser beiden Schaltungen (11, 20) ein Summensignal bildet, und
• h) eine Schweißstrom-Steuerschaltung (16), die mit einem ersten Eingang an den Ausgang des Addiergliedes (18) und mit einem zweiten Eingang an das Stromdetektorelement (15) angeschlossen ist und mit ihrem Ausgang mit dem Schaltelement (5) verbunden ist,
• i) wobei die Schweißstrom-Steuerschaltung (16) das Eingangssignal vom Addierglied (18) und das Eingangssignal vom Stromdetektorelement (15) vergleicht und das Schaltelement (5) bei Abweichung des festgestellten Schweißstromes vom vorgegebenen Verlauf entsprechend steuert.

2. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1, worin die Kurzschlußdetektorschaltung (19) ständig ein Signal erzeugt, welches bei Vorhandensein von Kurzschluß zwischen Werkstück (3) und Elektrode (1) den Kurzschluß anzeigt, und bei Nicht-Vorhandensein von Kurzschluß zwischen Werkstück (3) und Elektrode (1) das Fehlen von Kurzschluß anzeigt.

3. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine nach Anspruch 1 oder 2, worin die Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung (20) aufgrund eines einen Kurzschluß anzeigenden Signals der Kurzschlußdetektorschaltung (19) ein Signal für einen allmählichen Anstieg des Schweistromes abgibt und aufgrund eines die Beendigung des Kurzschlusses anzeigenden Signals der Kurzschlußdetektorschaltung (19) ein Signal erzeugt, das eine allmähliche Abnahme des Schweißstromes bewirkt.

4. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin die Kurzschlußstrom-Vorgabeschaltung (20) ein Signal abgibt, das innerhalb einer Zeitspanne auf Null absinkt, die nicht länger als die Zeitspanne ist, die zwischen der Beendigung eines Kurzschlusses und dem Auftreten des jeweils nächsten Kurzschlusses verstreicht.

5. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin eine Antriebseinrichtung (8, 9, 10) für den Vorschub der Elektrode (1) durch ein von der Lichtbogenspannung abgeleitetes Signal steuerbar ist.

6. Gleichstrom-Lichtbogenschweißmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, worin das von der Basisstrom-Einstellschaltung (11) vorgegebene Signal (e_ib) und die Geschwindigkeit des Vorschubs der Elektrode (1) durch ein gemeinsames Stellglied (7) einstellbar sind.