DE644534C - Regeleinrichtung fuer Widerstandsschweissmaschinen - Google Patents

Description

Es ist bekannt, zum Steuern elektrischer Widerstandsschweißmaschinen in den Steuerstromkreis von Entladungsstrecken, beispielsweise in den Gitterkreis von gas- oder dampfgefüllten Entladungsgefäßen, periodisch betätigte Schalter anzuordnen, um den Zwischenstromkreis den Erfordernissen des Betriebes entsprechend ein- und auszuschalten. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die Steuerung durch Photozellen vorzunehmen, wobei die Belichtung der Photozellen durch Blenden entsprechend den jeweils erforderlichen Betriebsverhältnissen geändert wird. Bei diesen Einrichtungen mußte zur Anpassung an die Betriebsverhältnisse stets die Form der Blenden geändert werden oder zum mindesten die Stellung der Photozellen gegenüber der Lichtquelle. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Steuerung wesentlich zu vereinfachen.

Erfindungsgemäß wird zur Aussteuerung der Schweißleistung durch Verlegen des Zündzeitpunktes eine zusätzliche Steuereinrichtung mit der die Auswahl der einzelnen Schweißperioden bewirkenden Photozellensteuerung in Reihe geschaltet. Besonders vorteilhaft ist es, die zusätzliche Steuereinrichtung so auszubilden, daß die Verlegung des Zündzeitpunktes selbsttätig in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe des Schweiß-Stromkreises erfolgt. Hierfür werden zweckmäßig die besonders vorgesehenen Steuerrohrkreise durch Verändern eines Widerstandes gesteuert. Es ist für das Wesen der Erfindung gleichgültig, ob diese Änderung des Wider-Standes direkt in Abhängigkeit vom Schweißstrom oder vom cos Ψ des Schweißstromkreises oder irgendeine seiner anderen Größen direkt oder indirekt erfolgt. Die Steuerung kann derart eingestellt werden, daß die Schweißleistung konstant bleibt. Um die Grobsteuerung im ionisierten Zustand zu erhalten, wenn die Zündung durch einen Spannungstoß erfolgt, können besondere Widerstände zur Feinsteuerung geschaltet werden. Hierdurch wird bewirkt, daß eine Veränderung der durch die Photozelleneinrichtung bewirkten Grobsteuerung überhaupt nicht mehr erforderlich ist. Um ein * stabileres Arbeiten der Stromrichter zu bewirken, können parallel zu dem Zündkreis der Stromrichter Widerstände geschaltet werden. Weiter kann ein besonderer Hilfskreis vorgesehen werden, der die Zündung nur eines Gefäßes beeinflußt und dadurch den Zündpunkt dieses Stromrichters gegenüber dem Zündzeitpunkt des anderen Stromrichters mehr oder weniger als i8o° verschiebt.

In der Fig. 1 der Zeichnung ist ein Aus-

führungsbeispiel der Erfindung dargestellt Der Schweißtransformator io hat eine Primärwicklung 11, die von einer Wechselstromquelle 12 üblicher Frequenz gespeist wird.· An die Sekundärwicklung 13 sind die Schweißelektroden 14 zum Schweißen des Werkstückes 15 angeschlossen. Zum Steuern des Schweißstromes dienen zwei gegeneinander geschaltete Stromrichter 19, 20. Jeder dieser Stromrichter besteht aus den Anoden 21 und 22, den Quecksilberkathoden 22, und 24 und den Zündelektroden 25 und 26. Wenn ein Strom bestimmter Größe durch die Zündelektroden 25 und 26 zu den Quecksilberkathoden 23 und 24 fließt, bilden sich Kathodenflecke, welche den Quecksilberdampf im Gefäß 19 und 20 leitend machen, d. h. dasjenige Gefäß zündet, bei dem jeweils die richtige Polarität vorhanden ist. Hierdurch werden durch aufeinanderfolgende Halbwellen jeweils das eine oder das andere Entladungsgefäß gezündet.

Zum Erregen der Zündelektroden 25 und 26 dienen die Steuerkreise 31 und 32. Diese bestehen aus Steuerröhren 33 und 34, die gesteuert werden durch die Röhren 35 und 36. Diese Röhren 35 und 36 werden ihrerseits in Abhängigkeit von einem Photozellenkreis betätigt, jede der Steuerröhren 33, 34, 35 und 36 hat Anoden $J, 38, 39 und 40, Gitter 41, 42, 43 und 44 und Heizkathoden 45, 46, 47 und 48. Zwischen jedes der Gitter 41, 42, 43 und 44 und die entsprechenden Kathoden 45, 46, 47 und 48 ist ein Kondensator 49 geschaltet, um eine bestimmte Spannung zwischen Gitter und Kathode aufrechtzuerhalten.

Die .Steuerröhren 2>2ι ^im(l 34 werden in Abhängigkeit von dem Phasenwinkel gesteuert. Hierzu dient der mit 51 bezeichnete Transformator, der aus einer Primärwicklung 52 besteht, die von der Wechselstromquelle 12 gespeist wird, und aus den Sekundärwicklungen 53 und 54. Der Gittertransformator 55 hat eine Primärwicklung 56, die von der Sekundärwicklung 54 des Transformators 51 gespeist wird. Die Sekundärwicklungen 57 und 58 des Gittertransformators sind an die Gitter 41 und 42 der Steuerröhren τ,τ, und 34 angeschlossen. Der Anschluß des Gittertransformators 55 an die Sekundärwicklung des Transformators 54 erfolgt über eine Drossel 59 und einstellbare Widerstände 60 und 61, von denen die Größe der Gitterspannung abhängig ist. Um den Schweißstrom konstant zu halten, ist ein Überwachungskreis 62 vorgesehen, der den einstellbaren Widerstand 61 enthält. Ein Verstellmotor 63 dient zum Bewegen des Schaltarmes 64 dieses Widerstandes gegen die Kraft einer Zugfeder 65. Der Motor 63 wird durch die Sekundärwicklung 66 des Stromtransformators 67 erregt, dessen Primärwicklung im Schweißstromkreis liegt. Der Motor 63 ist so angeschlossen, daß der Widerstand in dem Phasenüberwachungsstromkreis beim Anwachsen des Schweißstromes abnimmt, um die Phase der auf die Gitter 41 und 42 wirkenden . Erregerströme zu ändern, so daß die Stromrichter 19 und 20 in ihren entsprechenden Halbwellen später leitend werden. Entsprechend wird beim Sinken des Schweißstromes unter einem bestimmten Wert mittels des Motors 63 der Widerstand 61 vergrößert, um den Phasenwinkel der Spannung, an der die Gitter 41 und 42 liegen, zu vergrößern, so daß die Stromrichter 19, 20 in ihren entsprechenden Halbwellen früher leitend werden.

Um die unsymmetrische Charakteristik der Stromrichter 19 und 20 zum Erzielen eines einwandfreien Arbeitens auszugleichen, «ist ein Potentiometer 69 an die Sekundärwicklung 53 angeschlossen. Der eine Anschluß der Sekundärwicklung 57 liegt an einer Mittelklemme der Sekundärwicklung 53. Das Gitter 41 liegt über den Anschluß 70 an dem Potentiometer 69. Bei Andern der Stellung des Anschlusses 70 kann die Steuerröhre 33 entweder früher oder später als die Steuerröhre 34 in der folgenden Halbwelle leitend gemacht werden, weil die richtige Erregerspannung an die entsprechenden Gitter 41 und 42 während jeder der aufeinanderfolgenden Halbwellen zügeführt wird.

Die unsymmetrische Charakteristik wird durch den Fluß eines Gleichstromes in der Primärwicklung 11 des Schweißtransformators 10 offenbart. Dieser Gleichstrom kann durch ein Meßinstrument Ji, beispielsweise ein Gleichstrommillivoltmeter, gemessen werden, das über den Widerstands-Shunt 72 in üblicher Weise angeschlossen ist.

Die Steuerröhren 35 und 36 können auch dazu verwendet werden, um die Stromrichter 19 und 20 für eine bestimmte Zahl von Halbwellen leitend oder nichtleitend zu machen. Wenn die Röhren 35 und 36 leitend sind, wird der Strom zwischen den Anoden 21 und 22 und den Kathoden 23 und 24 der Stromrichter 19 und 20 geschlossen. Wenn die Steuerröhren 35 und 36 in nicht leitendem Zustand gehalten werden sollen, wird eine negative Spannung an die Gitter 43 und 44 gelegt. Diese negative Vorspannung erhält man von dem Stromkreis 75, der aus einem über den Transformator 76 angeschlossenen Kupferoxydgleichrichter T] esteht. Der Anschluß erfolgt über den Widerstand 78.

Um die Vorspannung den Gittern 43 und 44 über symmetrische Stromkreise zuzuführen, st ein Widerstand 79 zwischen die Anoden 21 und 22 der Stromrichter 19 und 20 geschaltet. Jer Mittelpunkt des Widerstandes 79 ist an iao einem Punkt des Widerstandes 78 angeschlossen. Der Gittertransformator 81 hat eine an

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die Stromquelle 12 angeschlossene Primärwicklung 82 und eine Sekundärwicklung 83, deren Enden an die Gitter 43 und 44 angeschlossen sind. Durch den Gittertransformator 8-1 wird die Anwendung zweier getrennter Kreise für die Gitter 43 und 44 vermieden. Die Kathode 48 der Steuerröhre 36 liegt an einer Spannung, die der Spannung, an der die Kathode 47 der Röhre 35 liegt, entgegengesetzt ist. Der Gittertransformator 81 bringt die Kathoden 47 und 48 auf dieselbe Spannung im Verhältnis zu den Gittern 43 und 44.

Die von dem Stromkreis 75 erzeugte negative Gleichstromvorspannung wird über den Widerstand 84 dem Mittelanschluß der Sekundärwicklung 83 zugeführt. Hierdurch erhalten die Gitter 43 und 44 die gleiche Vorspannung. Um die S teuer röhren 35 und 36 leitend zu machen, wird eine positive Ionisierungsspannung den Gittern 43 und 44 zugeführt, um die negative Spannung, welche ihnen sonst zugeführt wird, auszugleichen.

Zum Steuern der Impulse dient das mit 90 bezeichnete photoelektrische System, das eine von einem Synchronmotor 92 angetriebene Scheibe 91 enthält. Diese Scheibe ist an ihrem Rande gezahnt, um die auf die Photozelle 94 einwirkenden Strahlen der Lichtquelle 93 zu unterbrechen. Die Photozelle 94 liegt in dem Gitterstrom einer Verstärkerröhre 95, deren Leistung der Taktgeberröhre 96 zugeführt wird. An diese Röhre ist die Primärwicklung 98 des Transformators 97 angeschlossen, dessen Sekundärwicklung über den Druckknopf 100 an dem Widerstand 84 liegt. Die Polarität des an den Enden der Sekundärwicklung 98 auftretenden Impulses ist der Spannung des Widerstandes 84 entgegengesetzt und addiert sich so, daß eine positive Spannung an den Gittern 43 und 44 auftritt. Durch welche Mittel die Steuerung der Verstärkerröhre 95 erfolgt, soll hier im einzelnen nicht dargelegt werden, weil es für das Wesen der Erfindung unwesentlich ist.

Um die Wirkungsweise des Regelsystems für die Phasenverschiebung deutlicher zum Verständnis zu bringen, soll diese an Hand des Vektordiagramms 2 und 3 erläutert werden. In der Fig. 2 der Zeichnung ist mit E₁ die Spannung bezeichnet, welche an den Enden der Sekundärwicklung 54 auftritt. Die an der Primärwicklung 56 des Gittertransformators 55 auftretende Spannung E₂ ergibt sich aus dem Einfluß der Spannung E₁ auf die Phasenver-Schiebungseinrichtung, die aus der Drossel 59 und den einstellbaren Widerständen 60 und 61 besteht. Die Lage des Vektors E₂ ändert sich in Abhängigkeit von der Last, je nachdem, wie der Widerstand 61 durch den Verstellmotor 63 eingestellt ist. Entsprechend ändert sich das Phasenverhältnis der an den Gittern 41 und 42 der Steuerröhren 33 und 34 auftretenden Spannung.

Bei dem in der Fig. 3 dargestellten Vektordiagramm stellt E₄, die Spannung dar, welche an den Enden der Sekundärwicklung 57 auftritt. Diese Spannung entspricht der Spannung E₂ des in Fig. 2 dargestellten Vektordiagramms. Der Vektor E₃ stellt eine Spannung dar, die durch das Potentiometer 69 erhalten wird. Die daraus resultierende Spannung E_g ist die Spannung, die an dem Gitter 41 liegt. Bei Ändern der Stellung des Anschlusses 70 kommt der Vektor E₃ in die Lage des Vektors E'_s und entsprechend ergibt sich die resultierende Spannung E'_g. Es ist also möglich, das Phasenverhältnis der ionisierten Spannung des Gitters 41 entweder zeitlich vor- oder rückwärts zu verschieben, wenn die Ionisierungsspannung auf das Gitter 42 einwirkt.

Wenn die Einstellung des Widerstandes 60 und des Potentiometers 69 so erfolgt ist, daß die Steuerröhren 33 und 34 im richtigen Augenblick leitend werden und daß das Gitter selbst erregt ist, kann der Bedienungsmann die Einrichtung durch Drücken des Druckknopfes 100 in Gang setzen. Die auf die Photozelle 94 einwirkenden Lichtstrahlen bewirken einen Impuls auf die Verstärkerröhre 95. Dieser wird vergrößert und auf die Taktgeberröhre 96 übertragen. Dieser Impuls erscheint dann an dem Anschluß der Sekundärwicklung 99 des Impulstransformators 97 und wird an die Gitter 43 und 44 der Steuerröhren 35 bzw. 36 übertragen.

Nimmt man an, daß beim ersten Impuls die Steuerröhre 35 leitend wird, so wird der Stromrichter 19 nicht leitend, bevor die S teuer röhre 33 durch die Eigenionisierungsspannung des Gitters leitend geworden ist. Wenn die richtige Ionisierungsspannung an dem Gitter 41 liegt, werden beide Röhren 33 und 34 leitend, so daß ein Strom zu der Zündelektrode 25 fließt und durch die Kathodennecke der Stromrichter 19 leitend wird. In ähnlicher Weise bewirkt der nächste Impuls ein Einschalten der Röhren 34 und, 36 und damit ein Zünden des Stromrichters 20.

Um eine Sättigung des Schweißtransformators 10 zu vermeiden, müssen die Stromrichter 19 und 20 für eine gerade Zahl von aufeinanderfolgenden Halbwellen leitend sein. Die Zähne und Lücken der Scheibe 91 müssen daher so angeordnet sein, daß sie entsprechend wirken, sonst würde der Schweißtransformator 10 in unzulässiger Weise überlastet werden. Solange der Bedienungsmann den Kontrollschalter 100 in der geschlossenen Stellung hält, fließt ein Schweißstrom zwischen den Schweißelektroden 14 und dem Werkstück 15 eine bestimmte Zahl von Perioden lang und wird ebenso eine bestimmte Zahl von Perioden

unterbrochen. Solange der Schalter ioo geöffnet wird, wird der Schweißstrom bei der nächsten Halbwelle unterbrochen.

Für das Wesen der Erfindung ist es gleichgültig, ob die Gitter 43 und 44 der Steuerröhren 35 und 36 ihre Speisung von einer gemeinsamen Spannungsquelle erhalten oder getrennten Spannungen zugeführt werden.

Das in der Fig. 4 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Steuerung unter Verwendung eines Widerstandes, der zur Feinsteuerung parallel geschaltet ist und dazu dient, die Grobsteuerung im ionisierten Zustand zu erhalten, wenn die Zündung dieser Einrichtung durch einen Spannungsstoß erfolgt ist. Die Zündung an der Grobsteuerung kann dann immer im selben Augenblick erfolgen, so daß eine Verstellung der Photozellenvorrichtung nicht mehr erforderlich ist. In der Fig. 4 sind die Hauptteile der Steuerung mit gleichen Zahlen bezeichnet wie in Fig. i, so daß eine erneute Beschreibung der gemeinsamen Teile nicht erforderlich erscheint. Unterschiedlich von der Fig. 1 ist die Steue- »5 rung der Gitter 43 und 44 der Steuerröhren 35 und 36. Zum Steuern der Steuerröhren 35 und 36 ist der Transformator 101 vorgesehen. Dieser besteht aus der an die Stromquelle 12 angeschlossenen Primärwicklung 102 und den Sekundärwicklungen 103, 104. Die Sekundärwicklungen liegen über die Gleichrichter 105 und 106 an den Gittern 43 und 44. Diese Gitter werden über den Transformator 108 und den Druckknopf 100 von der Taktgeberröhre 96 gesteuert. Der Transformator 108 besteht aus der Primärwicklung 107 und den Sekundärwicklungen 109 und 110.

Um die größte Wirkung des Impulses, der durch das photoelektrische System 90 gegeben wird, zu bewirken, werden die Steuerröhren 35 und 36 gewöhnlich nur während eines Viertels der Schwingungen des Wechselstromsystems leitend. Um den Einfluß des photoelektrischen Systems zu verstärken, sind Widerstände 111 und 112 zu den Steuerröhren 33 und 34 in Reihe geschaltet. Der Ohmwert dieses Widerstandes wird so gewählt, daß ein ausreichender Strom vorhanden ist, um die Steuerröhren 35 und 36 im ionisierten Zustand für den Rest jeder Halbwelle, in welcher sie leitend sind, aufrecht zu halten. Doch soll der Strom nicht ausreichen, um die Kathodenflecke an den Kathoden 23 und 24 zu bilden und so die Stromrichter 19 und 20 zu zünden.

Um ein stabileres Arbeiten der Stromrichter 19 und 20 zu bewirken, können Widerstände 113 und 114 im Nebenschluß mit den Zündelektroden 25 und der Kathode 23 des Stromrichters 19 und der Zündelektrode 26 und der Kathode 24 des Stromrichters 20 geschaltet werden. Diese Widerstände 113 und 114 bewirken eine Verringerung der Erwärmung der Zündelektroden 25 und 26 und bewirken eine Begrenzung des im Nebenschluß mit ihnen liegenden Widerstandes. ■

Die Steuerröhren 33 und 34 müssen durch den Phasenverschiebungsstrom leitend gemacht werden, bevor die Kathodenflecke gebildet sind. Die Steuerröhren 35 und 36 zusammen mit der Photozelleneinrichtung 90 7» überwachen die Halbwellen, währenddessen die Stromrichter 19, 20 Strom liefern, während die anderen Teile der tialbwellen durch die Steuerröhren 33 und 34 und die dazugehörigen Phasenverschiebungseinrichtungen überwacht werden.

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Regeleinrichtung für Widerstandsschweißmaschinen mit zum Steuern des Schweißstromkreises dienenden Stromrichtern und Photozellen für die Auswahl der einzelnen Schweißperioden, dadurch gekennzeichnet, daß zum Aussteuern der Schweißleistung durch Verlegen des Zünd-Zeitpunktes eine zusätzliche Steuereinrichtung mit der Photozellensteuerung in Reihe geschaltet ist.

2. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verlegen des Zündzeitpunktes selbsttätig in Abhängigkeit von einer elektrischen Größe des Schweißstromkreises erfolgt. ₍

3. Regeleinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechend der Änderung einer Größe des Schweißstromkreises ein im zusätzlichen Regelkreis liegender Widerstand verändert wird.

4. Regeleinrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zu den Steuerröhren, welche die Feinsteuerung bewirken, ein Widerstand parallel geschaltet ist.

5. Regeleinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zum Zündkreis der Stromrichter Widerstände geschaltet sind.

6. Regeleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch einen besonderen Hilfskreis mit einstellbarer Phasenverschiebung, der die Zündung nur eines Gefäßes beeinflußt, der Zündzeitpunkt dieses Gefäßes gegenüber dem Zündzeitpunkt des anderen Gefäßes mehr oder weniger als i8o° verschiebbar ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen