DE665937C - Einrichtung zur elektrischen Punktnahtschweissung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur elektrischen Punktnahtschweißung unter Verwendung gittergesteuerter Entladungsstrecken mit Dampf- oder Gasfüllung und Lichtbogen- bzw. lichtbogenartiger Entladung.

Bei der elektrischen Nahtschweißung ist es erforderlich, den mittelbar oder unmittelbar in den Schweißstromkreis (Primärkreis des Schweißtransformators) eingeschalteten Entladungsstrecken eine sich periodisch ändernde Steuerspannung mitzuteilen, welche die Strecken abwechselnd für den Stromdurchgang freigibt und wieder sperrt. Es ist bereits vorgeschlagen worden, diese sich periodisch ändernde Steuerspannung auf rein elektrischem Wege zu erzeugen, indem beispielsweise als Steuerspannung eine Wechselspannung verwendet wird, deren (veränderbare) Frequenz kleiner ist als die Frequenz der Speisewechselspannung der Entladungsstrekken. Diese bekannten Einrichtungen haben den Nachteil, daß sie bei festgelegter Steuerfrequenz nur gestatten, das Verhältnis zwisehen Strom und Pause zu variieren, während eine Veränderung der Länge des Stromimpulses und der Länge der Schweißpause unabhängig voneinander nicht möglich ist. Das ist vielmehr nur durchführbar, wenn auch gleichzeitig die Frequenz der Steuerspannung verändert werden kann. Eine derartige Regelung ist aber verhältnismäßig umständlich. Deshalb werden in den meisten Fällen zum Steuern der Na'htschweißmaschinen Kontaktwalzen benutzt, die periodisch an die Gitter der Entladungsstrecken eine solche Spannung legen, daß die Strecken abwechselnd für den Stromdurchgang gesperrt und wieder geöffnet werden. Derartige Schaltwalzensteuerungen arbeiten im allgemeinen zufriedenstellend, haben jedoch den Nachteil, daß sie wegen des erforderlichen Motors und sonstiger rotierender Teile einer besonderen Überwachung bedürfen. Ferner ist bei ihnen die Länge des ersten Schweißstromimpulses, wenn dieser mehrere Halbwellen umfaßt, innerhalb einer Naht nicht genau festgelegt. Vielmehr ist die Dauer dieses ersten Impulses auch mit abhängig von der Stellung der Kontaktwalze im Einschaltaugenblick.

Die Erfindung geht nun darauf hinaus, die ■Schaltwalzensteuerung durch eine rein elektrisch arbeitende, sehr genaue Steuerung zu ersetzen, die es gestattet, jede beliebige Länge des Schweißstromimpulses und dabei jedes beliebige Verhältnis zwischen Schweißstromzeit und Schweißpause einzustellen und die außerdem eine genauere Dosierung schon des ersten Schweißimpulses gewährleistet.

Es sind bisher schon rein elektrische Steuerungen für Widerstandsschweißmaschinen bekanntgeworden, bei denen ein Zeitelement, bestehend aus einem Kondensator und einem Widerstand, im Gitterkreis der den Schweißstrom steuernden Entladungsstrecke vorgesehen ist. Dieses Zeitelement bewirkt durch

*) Von dem Patentsucher ist als der Erfinder angegeben worden:

Dr.-Ing. Claus Fröhmer in Berlin-Siemensstadt.

vorübergehende Änderung der Gitterspannung die Stromdurchiässigkeit der Entladungsstrecke während eines vorgeschriebenen Zeitintervall. ,#: Die vorliegende Erfindung gestattet
genaue Bemessung der Schweißzeiten sov
wie der Schweißpausen. Bei ihr ist i Steuerkreis der in den Schweißstromkreis eingeschalteten Entladungsstrecken eine Hilfsentladungsstrecke vorgesehen, die die Steuerwechselspannung der Hauptentladungsstrecke über einen Widerstand kurzschließt, solange ein Kondensator in ihrem Steuerkreis voll aufgeladen ist und die S teuer spannung freigibt, solange der Kondensator entladen ist oder aufgeladen wird. Erfindungsgemäß werden die Pausenzeiten dabei von einem zweiten Kondensator bestimmt, der bei kurzgeschlossener Steuerwechselspannung durch den am Widerstand auftretenden Spannungsabfall aufgeladen wird und nach einer gewissen Anzahl von Zuladungen die Zündung einer zweiten Hilfsentladungsstrecke bewirkt, in deren Gitterkreis der zweite Kondensator liegt und

welche die Entladung der beiden Kondensatoren bewirkt. Beide Steuerkondensatoren sowie die zugehörigen Ladewiderstände sind vorteilhafterweise veränderbar ausgebildet und gestatten auf diese Weise eine bequeme und voneinander unabhängige Regelung der Schweißzeiten und -pausen.

Die Aufladung der beiden Kondensatoren erfolgt über Gleichrichter gestaffelt synchron mit der Gitterspannung oder der Spannung am Schweißtransformator. Hierdurch wird erreicht, daß die Spannung an den Kondensatoren jeweils in sehr steilen Kurven ansteigt und dadurch auch bestimmte Spannungswerte (Zündspannungen von Entladungs- strecken) sehr plötzlich erreicht. Dadurch ist ein genaues und sicheres Einsetzen der Entladung in den gesteuerten Strecken gewährleistet.

Zweckmäßig wird zum Steuern der den.

Schweißstrom schaltenden Entladungsstrecken ein Gittertransformator verwendet, der eine Wechselspannung mit steiler Spannungsspitze liefert und mit seiner Primärseite über einen Phasenschieber an das Netz angeschlossen ist.

Die Sekundärwicklung des Transformators liegt dabei in Reihe mit einer negativen Sperrspannung am Gitter der Strecke und wird in den Schweißpausen über einen Widerstand und eine gittergesteuerte Lichtbogenentladungsstrecke (mit Glühkathode) kurzgeschlossen. Während dieser Zeiten wirkt dann also nur die negative Gittervorspannung und sperrt die Entladungsstrecke für den Stromdurchgang.

In der Abbildung ist ein Ausführungsb.eispiel der Erfindung dargestellt. Im Sekundärstromkreis des an das Wechselstromnetz 1 angeschlossenen Schweißtransformators 2 liegen die Schweißelektroden (Rollenelektro-.en) 3. In den Primärkreis des Transfor-,tors sind die gegensinnig parallel geschal- :n Entladungsstrecken 4 und 5 eingeschal-Sie sind hier mehranodig ausgebildet und besitzen lichtbogenähnliche Entladung. Sie können mit Glühkathoden oder Quecksilberkathoden versehen sein. Die Entladungsstrecke 5 (Folgestrecke) wird selbsttätig in Abhängigkeit von der Stromdurchiässigkeit der Entladungsstrecke 4 (Befehlsstrecke) gesteuert.

Die Steuerspannung für die Entladungsstrecken wird über den Phasenschieber 6 und den Gittertransformator 9 dem Netz entnommen. Im Steuerkreis der Befehlsstrecke 4 liegt die Sekundärwicklung io' des Gittertransformators 9. Durch die Gitterspannungsspitze wird jeweils das Einsetzen der Entladung in der Entladungsstrecke 4 bewirkt. In den Sclrvveißpausen wird die Sekundärwicklung durch die Hilfsentladungsstrecke 11 mit lichtbogenartiger Entladung .und vorzugsweise mit Glühkathode über den Widerstand 20 kurzgeschlossen, so daß also die Befehlsstrecke 4 unter Einwirkung einer im Gitterkreis liegenden negativen Gleichspannung gesperrt ist. Das Gitter der Hilfsentladungsstrecke 11 besitzt während dieser Zeit ein positives Potential, welches über einen Gitterschutzwiderstand und den Widerstand R an der Gleichstromquelle 14 abgegriffen wird.

Soll ein Schweißstromimpuls erfolgen, so wird der von der Schweißmaschine bei Erreichen des richtigen Elektrodendruckes betätigte Steuerschalter 12 so umgelegt, daß er durch Verbinden der Kontakte α und b eine Aufladung des veränderlichen Kondensators C₁ durch die Spannung der Batterie 14 bewirkt. Der dadurch am Widerstand R entstehende Spannungsabfall sperrt die Hilfsentladungsstrecke 11, und die Gitterspannungsspitze des Transformators 9 kann somit die Hauptentladungsstrecke 4 zünden.

Mit dem Einsetzen der Entladung in der Entladungsstrecke 4 erfolgt eine beschleunigte no stufenweise Nachladung des Kondensators C₁ über den Steuertransformator 15, den Trockengleichrichter Cr₁ und den veränderlichen Widerstand R₁. Die Primärwicklung 16 des Steuertransformators 15 liegt zu diesem Zweck parallel zur Primärwicklung 10 des Gittertransformators. Mittels der Hilfsentladungsstrecke 7, die ebenfalls lichtbogenartige Entladung besitzt, wird die Primärwicklung des Steuertransformators 15 gleichzeitig mit der Befehlsstrecke 4 ein- und ausgeschaltet. Die Hilfsentladungsstrecke 7 wird

ebenso wie die Entladungsstrecke 4 durch die Spannung an der Sekundärwicklung 10' des Gittertransformators gesteuert; die Gitter der beiden Strecken sind über die Gitterschutzwiderstände unmittelbar miteinander verbunden.

Durch diese Schaltung wird erreicht, daß mit jeder positiven Halbwelle der Gitterwechselspannung, also auch mit jeder positiven Halbwelle des Schweißimpulses, dem Steuerkondensator C₁ über die Sekundärwicklung 16' des Transformators 15 eine Zuladung erteilt wird. Durch Verändern der Große des Kondensators C₁ und des Ladewiderstandes R₁ läßt sich die Anzahl der Zuladungen, die notwendig sind, um C₁ bis auf das Zündpotential der Hilfsentladungsstrecke 11 aufzuladen, verändern und damit die Dauer des Schweißstromimpulses genau einstellen. Wenn C₁ voll aufgeladen ist, ist die Entladungsstrecke 11 für den Stromdurdigang geöffnet und dadurch die Entladungsstrecke 4 gesperrt. Ist die Sekundärwicklung io' des Gittertransformators nach Beendigung des Schweißstromimpulses kurzgeschlossen, so liegt im wesentlichen der gesamte Spannungsanfall dieser Wicklung am Widerstand 20. Die hier also auftretenden Spannungsimpulse werden nun gemäß der Erfindung dazu benutzt, den veränderlichen Hilfskondensator C₂ über den Transformator 26, den Gleichrichter G₂ und den Ladewiderstand R₂ stufenweise aufzuladen. C₂ liegt im Gitterkreis einer Hilfsentladungsstrecke S mit lichtbogenartiger Entladung, welche anöden- und kathodenseitig über den Widerstand 18 und den Schalter 19 an den Kondensator C₁ angeschlossen ist.

Im aufgeladenen Zustand bewirkt der Kondensator Co den Stromdurchgang durch die Hilfsentladungsstrecke 8 und damit eine Entladung von C₁. Nach seiner Entladung kann der Kondensator C₁ wieder aufgeladen werden, wodurch die Hilfsentladungsstrecke 11 wieder gesperrt und die Hauptentladungsstrecke 4 wieder stromdurchlässig wird.

Ebenso wie die Dauer der Schweißstromimpulse durch die Aufladezeit bzw. die Anzahl der Zuladungen des Kondensators C₁ bestimmt wird, wird die Dauer der Schweißpausen durch die Aufladezeit des Kondensators C₂ bestimmt. Durch Verändern der Größe dieses Kondensators bzw. des Aufladewiderstandes R₂ läßt sich die Zahl der notwendigen Zuladungen bis zum Einsetzen der Entladung in der Strecke 8 und damit die Länge der Schweißpause vollständig unabhängig \'on der Länge des Schweißstromimpulses einstellen.

LTm nach Beendigung der Schweißpause die Wiederentladung des Kondensators C₂ herbeizuführen, ist dieser über einen Gleichrichter (Trockengleichrichter) 17 mit seiner am Gitter liegenden Belegung an die Anode der Hilfsentladungsstrecke 8 angeschlossen, und zwar derart, daß er bei Zündung dieser Strecke gleichzeitig mit C₁ wieder entladen wird. Ohne Unterbrechung findet also bei einmal eingelegtem Schalter 12 ein abwechselndes dauerndes Auf- und Wiederentladen der Kondensatoren C₁ und C₂ und damit eine periodische Erzeugung von Schweißstromimpulsen statt.

Um zu verhindern, daß geringe Spannungsimpulse, wie sie auch bei Freigabe der Gitterspannung der Sekundärwicklung 10' am Widerstand 20 auftreten können, durch Summierung eine Aufladung von C₂ bewirken können, ist parallel zu diesem Kondensator ein hoc-hohmiger Widerstand 13 angeordnet. Außerdem kann unter Umständen in die Primärwicklung des Transformators 26 noch ein besonderer Gleichrichter eingeschaltet werden.

Die zweite Hauptentladungsstrecke 5 (Folgestrecke) wird durch die Überlagerung der an der Sekundärwicklung 16" des Steuertransformator 15 auftretenden Spannung und der Gitterspannung der Wicklung 10" des Transformators 9 gesteuert. Maßgebend für den Zeitpunkt der Zündung der Strecke 5 ist dabei die durch den Magnetisierungsstrom nach Verschwinden der Spannung am Steuertransformator 15 erzeugte Spannungsspitze. LTm diese weitgehend belastbar zu machen, ist parallel zur Wicklung 16" ein Kondensator 22 und ein Entladewiderstand 23 angeordnet. In Reihe dazu liegt der Trockengleichrichter 24. Die Gitterspannungsspitze der Wicklung 10" ist bei dieser Schaltung synchron mit der Spannungsspitze der Wicklung 16" und bewirkt die Zündung der Folgestrecke 5. Da die Steuerspannung der Folgestrecke sich mit der der Befehlsstrecke in der Phase gegen die Anodenwechselspannung verschiebt, verschiebt sich mit dem Anschnitt der Anodenspannungshalbwelle der Befehlsstrecke auch der Anschnitt der Halbwelle der Folgestrecke. Die Steuereinrichtung gestattet also außer einer genauen Festlegung der Dauer jedes Schweißstromimpulses auch eine äußerst genaue Dosierung der mittleren Stromstärke.

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   i. Einrichtung zur elektrischen Punktnahtschweißung, bei der im Steuerkreis der in den Schweißstromkreis eingeschalteten dampf- oder gasgefüllten Hauptentladungsstrecken eine dampf- oder gasgefüllte Hilfsentladungsstrecke Hegt, welche die Steuerwechselspannung dieser Hauptentladungsstrecke über einen Widerstand kurzschließt, solange ein Kondensator in ihrem Steuerkreis aufgeladen ist

   und freigibt, solange der Kondensator entladen ist oder aufgeladen wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Kondensator (C₂) vorgesehen ist, der bei kurzgeschlossener Steuerwechselspannung durch den am Widerstand (20) auftretenden Spannungsabfall aufgeladen wird und nach einer einstellbaren Anzahl von Zuladungen die Zündung einer zweiten Hilfsentladungsstrecke (8) veranlaßt, die die Entladung beider Kondensatoren bewirkt, und in deren Steuerkreis der zweite Kondensator in Reihe mit einer negativen Vorspannung liegt.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Hilfsentladungsstrecke (8) über einen Strombegrenzungswiderstand (18) mit den Belegungen des ersten Kondensators verbunden ist, so daß bei ihrer Zündung dieser Kondensator entladen wird.
3. 3. Einrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator einerseits mit der Kathode der zweiten Hilfsentladungsstrecke (8) und andererseits über eine negative Vorspannung mit der Steuerelektrode dieser Entladungsstrecke verbunden ist, und daß der an der Steuerelektrode liegende Belag des

   3« Kondensators (C₂) über einen Gleichrichter an die Anode derselben Entladungsstrecke gelegt ist, so daß durch den Gleichrichter einerseits ein Übergehen der Ladung vom ersten zum zweiten Kondensator verhindert wird, andererseits bei der Zündung der zweiten Hilfsentladungsstrecke (8) beide Kondensatoren gleichzeitig entladen werden.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kondensator (C₂) in Reihe mit einem Gleichrichter (C-₂) und einen vorzugsweise veränderbaren Ladewiderstand (R₂) über einen Transformator (26) parallel zum Widerstand (20) geschaltet ist, der im Anodenkreis der ersten Hilfsentladungsstrecke (11) liegt.
5. 5. Einrichtung nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zur gestaffelten Aufladung des ersten Kondensators bei Einsetzen der Schweißstromimpulse ein Steuertransformator (15) vorgesehen ist, dessen Primärwicklung (16) über eine mit derselben Gitterspannung wie eine der Hauptentladungsstrecke gesteuerte besondere dampf- oder gasgefüllte Hilfsentladungsstrecke (7) an die Steuerwechselspannung der Hauptentladungsstrecke angeschlossen ist und dessen Sekundärwicklung (16') über einen vorzugsweise veränderbaren Ladewiderstand (R₁) und einen Gleichrichter (G₁) an den ersten Kondensator (C₁) angeschlossen ist.
6. 6. Einrichtung nach Anspruch 5 mit gegensinnig parallel geschalteten Entladungsstrecken im Schweißstromkreis, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuer- ■> transformator (15) eine zweite Sekundärwicklung (16") trägt, über die in Abhängigkeit vom Stromführen der ersten Hauptentladungsstrecke dem Gitterkreis der zweiten Hauptentladungsstrecke ein Spannungsimpuls zugeführt wird, bei deren Überlagerung mit einer Spannungsspitze derumi8o° gegenüber der Steuerwechselspannung der ersten Hauptentladungsstrecke verschobenen Steuerwechselspannung spitzer Wellenform die Zündung der zweiten Hauptentladungsstrecke erfolgt. 8c

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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