DE3226725A1 - Elektrische schweisseinrichtung - Google Patents

Description

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Elektrische Schweißeinriehtung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schweißeinriehtung mit einem Generator, welcher einen Schweißstrom ausgangsseitig für einen Schweißbrenner zur Verfügung stellt und mit Einrichtungen zur Abstimmung der Größe des Schweißstromes.

Bei elektrischen Lichtbogen-Schweißeinrichtungen kann die Zündung nach 2 unterschiedlichen Verfahren erfolgen. Im ersten Fall wird mit dem Schweißbrenner bzw. der Schweißspitze das Werkstück an der Schweißstelle berührt und der Lichtbogen beim Abheben der Schweißspitze ausgelöst. Im zweiten Fall erfolgt die Zündung mit Hilfe einer hohen Spannung hoher Frequenz, womit es möglich ist einen Lichtbogen auszulösen, ohne daß die Schweißspitze das Werkstück berührt hat.

Obwohl beide Systeme vielseitig Anwendung finden, haftet jedem dieser Systeme ein gewisser Nachteil an. Im ersten Fall kann sich aufgrund des hohen über die Schweißspitze fließenden Stromes eine starke Erhitzung der Schweißspitze ergeben, wobei ein Teil derselben abschmilzt und in dem Schweißbad in Lösung geht. Aus diesem Grund muß häufig die Sehweißspitze gewechselt werden. Außerdem läßt sich eine einwandfreie Sehweißung nicht erhalten, da das Schweißbad mit Teilchen verschmutzt ist, die aus der aufgelösten Schweißspitze stammen. Im zweiten Fall der Verwendung einer hochfrequenten Hochspannung werden die Schweißeinrichtungen sehr teuer und kompliziert in ihrer Herstellung. Außerdem müßen sehr strenge Spezifikationen eingehalten werden, damit die unvermeidlich entstehenden Hochfrequenzstörungen unter einem vorgegebenen Grenzwert verbleiben.

Der

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schweißeinrichtung zu schaffen, mit der der Sehweißbeginn gesteuert erfolgen kann und die vorausstehend erwähnten Nachteile vermieden werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwischen Ausgangsklemmen des Generators und Abstimmeinrichtungen eine Regelschaltung vorgesehen ist, und daß die Regelschaltung die Abstimmung auf eine erste oder zweite Steuersignalgröße bewirkt, je nachdem ob der Spannungswert zwischen dem Schweißbrenner und dem Werkstück unter oder über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von weiteren Ansprüchen.

Die Erfindung mit Ihren Vorteilen und Merkmalen wird anhand eines auf die Zeichnung bezugnehmenden Ausführungsbeispiels näher erläutert, welches eine Schaltung für eine elektrische Schweißmaschine zeigt.

Die elektrische Schweißmaschine 1 umfaßt einen Generator 2 mit Eingangsklemmen 3 und 4, welche mit elektrischen Versorgungsklemmen 5 und 6 ver- bunden sind. Die Ausgangsklemmen 7 und 8 des Generators liefern ein im wesentlichen kontinuierliches Leistungssignal, wobei die negative Polarität an der Ausgangsklemme 7 und die positive Polarität an der Ausgangsklemme 8 zur Verfügung steht. Die negative Ausgangsklemme 7 ist mit der einen Seite eines als Arbeitskontakt geschalteten Kontaktpaares 9 eines Relais 10 verbunden. Die andere Seite dieses Kontaktpaares 9 liegt an einem Anschluß 11, der mit einem Schweißbrenner 12 verbunden ist, welcher am vorderen Ende mit einer Schweißspitze 13 versehen ist. Die positive Ausgangsklemme 8 des Generators 2 liegt an einem Anschluß 14, der einerseits geerdet und andererseits mit dem Werkstück 15 verbunden ist, an welchem die Schweißung mit Hilfe des Sehweißbrenners und der Schweißspitze ausgeführt wird.

Der Generator 2 ist ferner mit Eingangsklemmen 16, 17 und 18 versehen, von welchen die Eingangsklemmen 16 und 18 mit den beiden Enden des Widerstands eines Potentiometers 19 verbunden sind, und die Eingangsklemme 17

am

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am Abgriff des Potentiometers liegt. Mit diesem Potentiometer 19 wird in bekannter Weise die Stromstärke des vom Generator 2 gelieferten Stromes I eingestellt. Eine Verringerung des Widerstandswertes zwischen dem Schleifer des Potentiometers und der Eingangsklemme 18 des Generators 2 ermöglicht eine graduelle Reduzierung des Stromes I bis der niederste Wert erhalten wird, der dem Kurzschlußstrom des Generators 2 entspricht. Dieser Stromwert liegt vorzugsweise in der Größenordnung von einigen zehn Ampere und beispielsweise zwischen 40 und 50 Ampere.

Das Relais 10 wird über einen Druckknopfschalter 20 gespeist, welcher dem Schweißbrenner 12 zugeordnet ist. Die Stromversorgung erfolgt über die Eingangsklemmen 21 und 22, über welche der Druckknopfschalter 20 und die Wicklung des Relais in Serie geschaltet sind.

Die Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung umfaßt eine Regelschaltung 25, welche eingangsseitig mit den Anschlüssen 11 und 14 verbunden ist und die anliegende Spannung mißt. Diese Spannung entspricht de r zwischen der Schweißspitze 13 und dem Werkstück 15 wirksamen Spannung. Die Regelschaltung steuert automatisch Über das Potentiometer 19 den Strom I, weleher vom Generator 2 geliefert wird. Im einzelnen umfaßt die Regelschaltung 25 eine Stromversorgung 26, deren Eingangsklemmen an die Versorgungsklemmen 5 und 6 angeschlossen sind und ausgangsseitig über die Klemme 27 ein positives Potential und die Klemme 28 ein negatives Potential anbietet. Die Spannung an den Ausgangsklemmen ist geglättet und liegt z.B.

in einer Größenordnung von 5 Volt. Die positive Ausgangsklemme 27 ist mit der Anode einer Licht emittierenden Diode 29 verbunden und liegt ferner an der positiven Einspeisung einer Vergleichsstufe 30, z.B. in Form eines Operationsverstärkers sowie am Verbindungspunkt zweier Widerstände 31 und 32. Die Kathode der Licht emittierenden Diode 29 liegt über einen Widerstand 33 am Ausgang der Vergleichsstufe 30, welche mit ihrer negativen Einspeisung an die negative Ausgangsklemme 28 der Stromversorgung 26 angeschlossen ist. Der positive bzw. nicht invertierende Eingang der Vergleichsstufe 30 liegt am anderen Ende des Widerstandes 32 und ferner an der Anode einer Diode 34, deren Kathode an den Anschluß 14 angeschlossen ist. Der invertierende oder negative Eingang der Vergleichsstufe 30 liegt

am

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am anderen Anschluß des Widerstandes 31 und ist ferner über einen Widerstand 35 mit der negativen Ausgangsklemme 28 der Stromversorgung 26 verbunden. Diese negative Ausgangsklemme 28 liegt ferner auch an dem Anschluß 11. Die Regelschaltung 25 umfaßt ferner einen Phototransistor 36, der optisch mit der Licht emittierenden Diode 39 gekoppelt ist und dessen Kollektor-Emitterstrecke zwischen dem Abgriff des Potentiometers 19, d.h. der Eingangsklemme 17 einerseits und andererseits der Eingangsklemme 18 des Generators 2 liegt.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise der Schweißeinriehtung wird zunächst

davon ausgegangen, daß der Schweißbrenner 12 vom Werkstück 15 abgehoben "¹^ und der Druckknopf 20 nicht gedrückt ist. Unter diesen Voraussetzungen liegt

der nicht invertierende Eingang der Vergleichsstufe 30 über den Widerstand 32 auf dem Potential der positiven Ausgangsklemme 27 der Stromversorgung 26, die beispielsweise + 5 Volt beträgt. Der invertierende Eingang der Vergleichsstufe 30 wird auf einem niedrigeren Potential, z.B. 2,5 Volt aufgrund der Spannungsteilung gehalten, die sich durch die Widerstände 31 und 35 ergibt. Aufgrund dieser Ansteuerung liegt der Ausgang der Vergleichsstufe 30 auf einem hohen Spannungsniveau von z.B. + 5 Volt. Damit ist die Licht emittierende Diode 29 abgeschaltet. Der nicht beleuchtete Phototransistor 26 verhält sich daher bezüglich seiner Kollektor-Emitterstrecke wie ein offener Schaltkreis, der auf die Eingangsklemmen 17 und 18 des Generators wirkt, ohne daß der eingestellte Widerstandswert am Potentiometer 19 verändert wird. Aufgrund dieser Schaltungssituation wird der vom Generator 2 gelieferte Strom durch die Stellung des Abgriffs des Potentiometers 19 festgelegt und hat einen hohen bzw. niederen Wert in Abhängigkeit von der Stellung des Abgriffes und von der Tatsache, ob ein minimaler oder maximaler Widerstandswert vom Potentiometer 19 aus zwischen den Eingangsklemmen 17 und 18 wirksam ist.

Für die weitere Betrachtung wird davon ausgegangen, daß der Schweißbrenner 12 mit seiner Schweißspitze 13 das Werkstück 15 berührt und daß zum selben Zeitpunkt der Druckknopfschalter 20 noch geöffnet ist. Davon abhängig ist auch das Kontaktpaar 9 des Relais 10 geöffnet, so daß kein Strom zum Werkstück fließen kann. Bei dieser Schaltungssituation nimmt der nicht invertierende

Eingang

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Eingang der Vergleichestufe 30 praktisch denselben Spannungswert an, wie er an der negativen Ausgangsklemme 28 der Stromversorgung 26 über die Diode 34 wirksam ist, d.h. der Eingang liegt auf einem Potential von in der Größenordnung einigen Zehntel Volt. Da die Spannung am invertierenden Eingang der Vergleichsstufe .30 auf demselben Wert wie zuvor erwähnt verbleibt, d.h. etwa 2,5 Volt beträgt, liegt am Ausgang der Vergleichsstufe 30 ein niederes Spannungsniveau, womit die Licht emittierende Diode 29 eingeschaltet wird. Das von dieser Diode abgegebene Licht trifft auf die Basis-Emitterstrecke des Phototransistors 36 und macht die Kollektor-Emitterstreeke des Transistors leitend. Damit wird automatisch der Wert des Widerstands zwischen den Eingangsklemmen 17 und 18 des Generators 2 wesentlich verringert, so daß infolge davon der Generator einen niederen Strom liefert.

Wenn in diesem Schaltungszustand der Druckknopfschalter 20 gedrückt wird , schließt das Kontaktpaar 9 aufgrund des über das Relais 10 fließenden Stromes. Damit kann der Strom I zwischen dem Werkstück 15 und der Schweißspitze 13 fließen. Dieser Strom erreicht den zuvor erwähnten niedersten Wert von etwa 40 bis 50 Ampere, womit keine Gefahr einer Beschädigung der Sehweißspitze 13 besteht.

Beim Abheben des Schweißbrenners 12 vom Werkstück 15 bildet sich ein Lichtbogen zwischen der Schweißspitze 13 und dem Werkstück 15 aus. Dabei steigt die Spannung zwischen diesen beiden Punkten und ebenso die Spannung am nicht invertierenden Eingang der Vergleichsstufe 30. Wenn diese Spannung einen Schwellwert in der Größenordnung von etwa 2,5 Volt übersteigt, der durch die Widerstände 31 und 35 festgelegt ist, wird über das Ausgangssignal der Vergleichsstufe 30 die Licht emittierende Diode 29 abgeschaltet. Damit verliert der von der leitenden Kollektor-Emitterstrecke zuvor zwischen den Eingangsklemmen 17 und 18 simulierte Widerstand seinen Einfluß, so daß der Generator 2 nur noch in Abhängigkeit von dem vom Potentiometer 19 aus wirksamen Widerstand arbeitet. Als Ergebnis davon verändert sich der vom Generator 2 gelieferte Strom I von seinem geringen durch den Kurzschluß bedingten Wert auf den durch den Potentiometerwiderstand eingestellten Wert.

Durch

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Durch das Loslassen des Druckknopfschalters 20 bzw. das Abheben des Schweißbrenners 12 vom Werkstück reißt der Lichtbogen ab. In beiden Fällen kann zu den Arbeitsbedingungen entsprechend den vorausgehend beschriebenen Prozeduren zurückgekehrt werden.
5

Aus den vorausstehenden Erläuterungen ergibt sich, daß die Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung die angestrebten Vorteile bietet. Der Lichtbogen, der sieh zu Beginn jedes Schweißvorganges zwischen der Schweißspitze 13 und dem Werkstück 15 ausbildet, startet mit einem minimalen Strom I, wodurch eine Beschädigung der Sehweißspitze 13 und des Schweißbrenners 12 vermieden wird. Entsprechend wird auch das Schweißbad am Werkstück 15 nicht verschmutzt. Die Stromwerte, welche sich für das wirkliche Sehweißen zwischen der Schweißspitze 13 und dem Werkstück 15 ausbilden, ergeben sich erst, wenn die Sehweißspitze 13 wirklich von dem Werkstück 15 abgehoben ist, womit die vorausstehend erwähnten Nachteile überwunden werden. Im Rahmen der Erfindung können Änderungen an der Schweißeinrichtung gemäß der Erfindung vorgenommen werden, die im Rahmen der Erfindung liegen. So muß z.B. der Druckknopfschalter 20 nicht in der angegebenen Weise angeordnet sein. Es kann auch für den Generator 2 eine Zeitkonstante vorgesehen werden, so daß, wenn die Schweißspitze 13 des Schweißbrenners 12 das Werkstück 15 berührt, der minimale Stromwert unmittelbar eingestellt wird, sogar bevor die Änderung zum niederen Strom wert gemäß der Einstellung des Potentiometers 19 wirksam wird.

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Claims (9)

1. Patentansprüche

   10

   Elektrische Schweißeinrichtung mit einem Generator, welcher einen Schweißstrom ausgangsseitig für einen Schweißbrenner zur Verfügung stellt und mit Einrichtungen zur Abstimmung der Größe des Schweißstromes, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Ausgangsklemmen (7,8) des Generators (2) und Abstimmeinrichtungen (19) eine Regelschaltung (25) vorgesehen ist, und daß die Regelschaltung (25) die Abstimmung auf eine erste oder zweite Steuersignalgröße bewirkt, je nachdem ob der Spannungswert zwischen dem Schweißbrenner (12) und dem Werkstück (15) unter oder über einem vorgegebenen Schwellwert liegt.

   15
2. 2. Schweißeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Abstimmeinrichtung (19) nach dem Empfang der ersten Steuersignalgröße bewirkt, daß nur ein minimaler Schweißstrom (I) vom Generator (2) geliefert wird.

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3. 3. Schweißeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,

   daß der minimale Wert des Schweißstromes (I) einer als Kurzschlußwert wirksamen Steuersignalgröße am Generator (2) entspricht. 5
4. 4. Schweißeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,

   daß der vorgegebene Schwellwert der Spannung in der Größenordnung von einigen Volt liegt.
   10
5. 5. Schweißeinrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Regelschaltung (5) eine Vergleichsstufe (30) umfaßt, deren invertierender Eingang (-Eingang) auf dem vorgegebenen Schwellwert gehalten wird, und deren nicht invertierender Eingang (+Eingang) mit einer Ausgangsklemme des Generators (2) verbunden ist.
6. 6. Schweißeinriehtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopplung zwischen der Regelschaltung (5) und der Abstimmeinrichtung (19) ohne ohm'sche Verbindung erfolgt.
7. 7. Schweißeinriehtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstimmeinrichtung (19) aus einem Potentiometer besteht, an welchem unterschiedliche Widerstandswerte von Hand einstellbar sind, von welchen jeder eingestellte Wert durch das von der Regelschaltung (25) gelieferte Steuersignal modifizierbar ist.
8. 8. Schweißeinriehtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,

   daß die Regelschaltung (25) eine Komponente (36) umfaßt, deren Widerstand in Abhängigkeit von der Schweißstromanforderung veränderbar ist, und welches zwischen dem Abgriff und der einen Seite des Potentiometers (19) liegt.

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9. 9. Schweißeinriehtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
   daß die Komponente (36) ein Phototransistor ist.