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Kennwort: Tropfenabschußvorrichtung
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Schutzgaslichtbogenschweißverfahren mit einer Drahtelektrode Die Erfindung
betrifft ein Schutzgaslichtbogenschweißverfahren und eine Einrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Beim Lichtbogenschweißen unter einer Schutzgasatmosphäre aus beispielsweise
Edel- oder Mischgasen wird der Lichtbogen durch Kurzschluß zwischen der Drahtelektrode
und dem Werkstück erzeugt. Dabei soll die Zündung des Lichtbogens nach einmaliger
Berührung zwischen Drahtelektrode und Werkstück sichergestellt sein.
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Hierzu ist es allerdings nötig, die am Ende eines jeden Schweißvorganges
sich am freien Schweißdrahtende bildende Drahtperle, die sich beim nächsten, anschließenden
Schweißvorgang qualitativ auf die Schweißnaht auswirkt und insbesondere
beim
automatischen Schweißen unterschiedliche Zündbedingungen zur Folge hat, abzulösen.
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Aus dem DE-GBm 79 12 929 ist es bekannt, zur Erfüllung dieses Erfordernisses
dem Schweißbrenner eine Drahtabschneidevorrichtung zuzuordnen. Mit dieser Vorrichtung
wird ein Stück des aus der Schutzgasdüse herausragenden Schweißdrahtes abgeschnitten.
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Dabei ist allerdings eine mechanisch aufwendige Drahtabschneidevorrichtung
nötig, deren Bedienung und Wartung insbesondere bei automatisch arbeitenden Brennschneidanlagen
zu großen Betriebsnebenzeiten und somit zu großen Produktionskosten führt. Auch
erfordert die manuelle Bedienung der Vorrichtung eine bedienungsgerechte Anordnung
an den Brennschneidanlagen, was aufwendige Konstruktionslösungen bedingt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Drahtperle am Schweißdrahtende
automatisch und in einfachster Art und Weise zu entfernen.
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Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Verfahren durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 1 und bei einer gattungsgemäßen Einrichtung durch die kennzeichnenden
Merkmale des Anspruchs 8 gelöst.
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Um die Erzeugung des Endstromimpulses unabhängig von einer Drahtvorschubsteuerung
zu steuern, wird der Endstromimpuls in Abhängigkeit von einem sich am Ende des Schweißvorganges
einstellenden Schweißstromwert ausgelöst.
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Weitere vorteilhafte Merkmale der Erfindung sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin,
daß die Ablösung der Drahtperle automatisch am Schweißdrahtende schweißprozeßgeführt
unter definierten Bedingungen erfolgt. Hierzu sind weder Bedienungspersonal noch
besondere konstruktive, insbesondere räumliche Maßnahmen der Vorrichtungsanordnung,
nötig.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt
und wird im folgenden näher beschrieben.
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In der Zeichnung ist eine Schweißstromquelle 10, vorzugsweise eine
Transistorschweißstromquelle zum Schutzgasschweißen, ein Werkstück 11, ein Schweißdraht
12, ein Leistungsstellglied 13 für den Schweißstrom, ein Regler 20, eine Drahtvorschubeinrichtung
14 und eine Einrichtung 15 zur Ablösung der sich am Ende 16 des Schweißdrahtes 12
ausbildenden Drahtperle 17 dargestellt. Die Drahtperle 17 ist in der Zeichnung strichliert
gezeichnet, da das Schaltbild den Schaltzustand während des Schweißens zeigt. Die
Schweißstromquelle 10 ist an ein Drehstromnetz 18 angeschlossen und enthält in bekannter
Weise ein Hauptschütz 19 und einen Schweißtransformator 21.
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Der Schweißtransformator 21 liefert über einen Gleichrichter 22 eine
geeignete Gleichspannung, die beim Schweißen über das Leistungsstellglied 13, die
Drossel 23 und den Meßwiderstand 24 durch den Schweißlichtbogen an der Schweißstelle
25 den Schweißstrom treibt. Über den Regler 20 und eine nicht dargestellte Ansteuerungsschaltung
wird das Leistungsstellglied 13 derart periodisch geschaltet, daß im Schweißkreis
bestehend aus Freilaufdiode 26, Drossel 23, Lichtbogen und Meßwiderstand 24, der
vorzugsweise als potentialfreier Hallshunt ausgebildet ist, ein vorgebbarer Schweißstrom
fließt. Dabei wird im "Ein"-Zustand vom Leistungsstellglied der Strom im Schweißstromkreis
getrieben und im "Aus"-Zustand wird. durch die in der Drossel 23 gespeicherte magnetische
Energie
über die Freilaufdiode 26 der Schweißstrom an der Schweißstelle
25 aufrechterhalten.
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Konstant zu haltende Regelgrößen werden für die Schweißspannung am
Lichtbogen und für den Schweißstrom am Meßwiderstand 24 abgenommen. Dem Regler 20
werden über die Leitung 27 der Stromistwert und über den Verstärker 28 mit dem Spannungsistwert-Anschluß
29 und dem nicht dargestellten Stromsollwertschalter ein dem eingestellten Stromsollwert
entsprechender Spannungssollwert am Anschluß 30 sowie über einen nur schematisch
dargestellten Umschalter 31 die Regeldifferenzspannung eingegeben. Die Ausgangsgröße
des Reglers 20 wird dem Leistungsstellglied 13 zugeführt.
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Im Schweißstromkreis ist parallel zum Ausgang der Schweißstromguelle
10 ein Kondensator 32 zum Glätten der Schweißleerlauf spannung der Schweißstromquelle
10 und ein Widerstand 33 zum Entladen des Kondensators 32 vorgesehen.
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Am Ende des Schweißvorganges wird über den Brennertaster eines nicht
dargestellten Schweißbrenners die Antriebs steuerung 34 der Drahtvorschubeinrichtung
14 betätigt. Der Motor 35 zum Antrieb der Vorschubrollen 36 wird über einen nicht
dargestellten Bremsthyristor abgebremst. Hierbei wird ein Abschaltsignal erzeugt,
mit dem der während des Schweißvorganges leitende Transistor 37, vorzugsweise ein
Optokoppler, gesperrt wird.
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Durch die Sperrung des Transistors 37 wird der über eine Leitung 49
mit dem Transistor 37 verbundene Eingang 38 eines ersten Kippgliedes 39, vorzugsweise
eines Monoflops, freigegeben. In der Leitung 49 sind Beschaltungswiderstände 50,
51 und ein Kondensator 52 zur Störimpulsunterdrückung der vorzugsweise sekundär
getakteten Schweißstromquelle 10 parallel geschaltet. Selbstverständlich ist das
Verfahren und die Einrichtung nach der Erfindung auch bei Schweißstromquellen 10
mit anderem Aufbau, wie beispielsweise primär getakteten
oder längsgeregelten
(analoge) Schweißstromquellen 10 einsetzbar.
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Durch das Auslaufen der Drahtvorschubeinrichtung 14 vergrößert sich
der Abstand zwischen Schweißelektrode 10 und Werkstück 11. Der Lichtbogen verlängert
sich undder Schweißstrom sinkt aufgrund des sich vergrößernden Widerstandes ab.
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Der sich verkleinernde Ist-Schweißstrom wird an dem Meßwiderstand
24 erfaßt und in Form einer dem Ist-Schweißstrom entsprechenden Spannung über die
Leitung 40 zu dem Meßspannungsanschluß 41 eines Komperators 42 geführt. An dem Referenzspannungsanschluß
43 des Komperators 42 ist ein Sollstrom-Einsteller 44 angeschlossen, über den eine
dem Sollstrom entsprechende Referenzspannung an den Eingang 43 gelegt wird. In der
Praxis haben sich hierbei Referenzspannungen zwischen 0,3 und 1,0 Volt, welche Strömen
von 30 bis 100 Ampere entsprechen, vorzugsweise 0,3 Volt entsprechend 30 Ampere
als vorteilhaft erwiesen. Parallel zu den Anschlüssen 41, 43 ist ein Kondensator
45 zum Schutz vor am Ausgang 53 des Komperators 42 auftretenden Schwingungen, die
aufgrund von der sich nur langsam ändernden Ist-Größe der Eingangsspannungen entstehen
können, geschaltet. In der Leitung 40 des Meßspannungsanschlußes 41 ist ein Schutzwiderstand
46 und in dem Referenzspannungsanaschluß 43 Beschaltungswiderstände 47, 48 vorgesehen.
Der Ausgang 53 des Komperators 42 ist über die Leitung 54 mit dem Eingang 38 des
ersten Kippgliedes 39 verbunden. Erreicht der am Meßwiderstand 24 ermittelte und
dem Meßspannungsanschluß 41 des Komperators 42 zugeführte Ist-Spannungswert den
am Sollstrom-Einsteller 44 eingestellten Sollstromwert (Referenzspannungswert von
0,3 Volt) von vorzugsweise 30 Ampere, springt der Ausgang 53 des Komperators 42
von L nach H, d. h.
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der Komperator sperrt und die Ausgangsspannung steigt von 0 auf 15
Volt.
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Durch das Ausgangssignal A des Komperators 42 wird das erste Kippglied
39 getriggert und dessen Ausgang 55 kippt für die Umschaltzeit t1 von L nach H.
Für die, die Pulsdauer des Endstromimpulses bestimmende Umschaltdauer t1 des Kippgliedes
39 wurden in der Praxis vorteilhaft Werte zwischen 1 und 5 Millisekungen, vorzugsweise
3 Millisekungen ermittelt.
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Der Ausgang 55 des Kippgliedes 39 ist mit dem Eingang 56 des Umschalters
31 verbunden. Durch das Kippen des Kippgliedes 39 wird dem Eingang 56 des Umschalters
31 ein Ansteuerimpuls zugeführt und der Schalter 57 von dem während des Schweißens
geschlossenen Ist-Soll spannungs-Regelkreis auf ein Endimpulsstromkreis 58 umgeschaltet.
Die Schweißstromquelle 10 erzeugt nun für die Umschaltdauer t1 einen Endstromimpuls
mit vorgegebener Amplitude. In der Praxis wurde mit einem Endstromimpulswert von
vorzugsweise 400 Ampere die Drahtperle 17 vollständig vom Schweißdrahtende 16 abgelöst.
Dabei bildete sich insbesondere bei einem Endstromimpulswert von vorzugsweise 400
Ampere ein kegelförmiges Schweißdrahtende 16 beim Verdampfen der Drahtperle 17 aus,
mit welchem besonders günstige Folgezündungen erreicht wurden. Unter Endstromimpuls
wird hierbei jegliche Art der Stromerhöhung und/oder Stromdichtevergrößerung am
Ende des Schweißvorganges verstanden, die zum Ablösen, Abschweißen, Abschießen,
Entfernen der Drahtperle 17 führt.
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Nach der Umschaltzeit t1 kippt das Kippglied 39 wieder in den ursprünglichen,
stabilen Schaltzustand. Hierdurch wird durch die fallende Flanke des ersten Kippgliedes
39 ein Ansteuersignal erzeugt, das dem zweiten Kippglied 59, vorzugsweise ein Monoflop,
über Leitung 60 zugeführt wird. Der Ausgang 61 des zweiten Kippgliedes 59 springt
von L nach H und steuert die Transistoren 62, 63 auf. Über den durchgeschalteten
Transistor 63 und den Abschaltkreis 65 wird das Leistungsstellglied 13 und über
den durchgeschalteten Transistor 62 und den Abschaltkreis 66 das Hauptschütz 19
abgeschaltet.
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Mit der oben beschriebenen Einrichtung 15 wird die vollständige Ablösung
einer Drahtperle 17 am Ende eines Schweißdrahtes 12 bei Schweißstromquellen 10 mit
einer Leerlaufspannung von größer 50 Volt erreicht. Besitzt die Schweißstromquelle
10 eine Leerlauf spannung kleiner 50 Volt und wird unter Mischgasen geschweißt,
so wird zur Erhöhung der Schweiß leerlauf spannung durch das Ausgangssignal des
ersten Kippgliedes 39 eine Hilfsspannungseinrichtung 64 zugeschaltet.
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Die Hilfsspannungseinrichtung 64 besteht aus einem hinter dem Hauptschütz
19 an das Drehstromnetz 18 angeschlossenen Ladetransformator 67, der über einen
Gleichrichter 68 die primärseitige Eingangsnetzspannung von 380 Volt auf eine Ladegleichspannung
von vorzugsweise 24 Volt transformiert.
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Mit der Ladegleichspannung wird über ein Ladewiderstand 69 ein an
den Gleichrichter 68 angeschlossener Kondensator 70 von vorzugsweise 110 m F aufgeladen.
Um vorteilhaft eine schnelle Aufladung des Kondensators 70 zu ermöglichen, wird
ein Ladewiderstand von 3,3 Ohm verwendet. Der Kondensator 70 liegt weiterhin in
einem Hilfsspannungskreis 71, der vor dem Leistungsstellglied 13 an den mit dem
Schweißdraht 12 verbundenen Schweißstromkreis angeschlossen ist. Zwischen den beiden
Anschlüssen 73, 74 des Hilfsspannungskreises 71 ist in dem Schweißstromteilkreis
72 eine Diode zur Sperrung dieses Schweißstromteilkreises 72 derart angeordnet,
daß während des Ablösens der Drahtperle 17 der Abschaltstrom über den Hilfsspannungskreis
71 fließt. Parallel zu der Diode 76 ist ein Entladewiderstand 75 geschaltet, der
zur Restentladung des Kondensators 70 nach erfolgter Ablösung der Drahtperle 17
dient. Hierbei muß der Entladewiderstand so ausgelegt sein, daß der Kondensator
70 innerhalb einer Sekunde entladen ist.
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In dem Hilfsspannungskreis 71 ist ferner ein Thyristor 77 angeordnet,
dessen Steuerelektrode 78 mit der Sekundärwicklung 79 eines Zündtransformators 80
verbunden ist. Die Primärwicklung 81 des Zündtransformators 80 ist über eine Darlington-
Verstärkerstufe
82 an den Ausgang 55 des ersten Kippgliedes 39 angeschlossen.
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Wird nun, wie eingangs bereits beschrieben, das erste Kippglied 39
getriggert, entsteht an dessen Ausgang 55 ein Ausgangssignal, das der Darlington-Verstärkerstufe
82 zugeführt wird. Die Darlington-Verstärkerstufe 82 wird durch dieses Ausgangssignal
leitend. Die Primärwicklung 81 des Zündtransformators 80 wird stromführend und in
der Sekundärwicklung 79 des Zündtransformators 80 wird die Zündspannung für den
Thyristor 77 induziert. Der Thyristor 77 zündet. Dadurch steht für den Abschaltaugenblick
am Leistungsstellglied 13 die Stromquellen-Leerlaufspannung und die von dem Kondensator
70 erzeugte Hilfsspannung zur Verfügung.
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Das oben beschriebene Verfahren und die oben beschriebene Einrichtung
sind besonders vorteilhaft beim Schweißen mit Kurzlichtbogen und Werkstoffübergang
im Kurzschluß einsetzbar.