-
Einrichtung zum elektrischen Punktnahtschweißen mit Hilfe steuerbarer
Gas- oder Dampfentladungsstrecken Es sind Anordnungen zum elektrischen Punktnahtschweißen
bekannt, bei denen der Schweißstromkreis unter Zuhilfenahme gesteuerter Gas- oder
Dampfentladungsstrecken periodisch unterbrochen und geschlossen wird. Die Entladungsstrecken
sind dabei für gewöhnlich gegensinnig parallel geschaltet und sind in den Stromkreis
der Primärwicklung des Schweißtransformators eingeschaltet. Eine mit den Steuerelektroden
der Entladungsstrecken verbundene Steuereinrichtung führt den Steuerelektroden positives
oder negatives Potential zu, um damit den Stromdurchgang durch die Entladungsstrecken
entweder freizugeben oder zu sperren. Indem mittels der Steuereinrichtung die Aussteuerung
der gesteuerten Entladungsstrecken verändert wird, kann die Stärke des in der Arbeitsperiode
fließenden Stromes, des Schweißstromes, geregelt werden. Um einwandfreie Schweißnähte,
insbesondere solche, die eine möglichst geringe Nahteinprägung aufweisen, zu erhalten,
hat es sich als vorteilhaft erwiesen, auch in den Arbeitspausen einen Strom fließen
zu lassen und diesen Pausenstrom den Betriebsverhältnissen entsprechend feinstufig
oder noch besser stufenlos zu regeln.
-
Es ist eine Steuerungseinrichtung bekannt, mit der sowohl der Arbeitsstrom
als auch der Pausenstrom durch entsprechende Einwirkung auf die gittergesteuerten
Entladungsröhren stufenlos geregelt werden kann. Die bekannte Anordnung hat jedoch
den Nachteil, daß es nicht möglich ist, die Amplituden von Arbeitsstrom und Pausenstrom
unabhängig voneinander zu regeln; denn die Steuerspannungskomponente, die den Arbeitsstrom
bestimmt, gelangt auch während der Pausenzeit noch zur Wirkung. Gegenstand der Erfindung
ist eine Steuerungseinrichtung, welche die Eigenschaft hat, daß Arbeitsstrom und
Pausenstrom unabhängig voneinander stufenlos geregelt werden können. Erfindungsgemäß
wird
dies dadurch erreicht, daß in den Stromkreis der Steuerelektroden der Entladungsstrecken
außer der üblichen negativen Sperrspannung zwei Wechselspannungen'geschaltet sind,
von denen die eine Spannung der anderen in der Phasenlage gegenüber der Anodenspannung
voreilt, und daß außerdem eine Steuergleichspannung in den Stromkreis der Steuerelektroden
geschaltet ist, «-elche für eine Anzahl von Halbwellen ein- oder ausschaltbar ist
und deren Größe so bemessen ist, daß bei ihrer Einschaltung die Summe aus dieser
Gleichspannung und der voreilenden Spannung der beiden Wechselspannungen die Zündspannungsgrenze
überschreitet und dadurch den Zündzeitpunkt bestimmt. Außerdem ist noch die Amplitude
der voreilenden der beiden Wechselspannungen kleiner zu bemessen als die Sperrspannung
der Entladungsstrecken, die Amplitude der nacheilenden Wechselspannung dagegen größer
als diese Sperrspannung. Die beiden Wechselspannungskomponenten besitzen zweckmäßig
eine spitze Wellenform, die durch an sich bekannte Mittel erzeugt werden. In Fig.
i ist die Schaltung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung dargestellt. Ein Schweißtransformator
i ist über zwei gittergesteuerte Quecksilberdampfentladunbsgefäße a und 3 an ein
Wechselstromnetz ¢ angeschlossen. Die beiden Entladungsgefäße z und 3 sind gegensinnig
parallel geschaltet, damit in den positiven und negativen Halbwellen der Wechselspannungsquelle
Strom fließen kann. Wegen dieser Schaltung der Entladungsgefäße haben die beiden
Kathoden nicht das gleiche Potential, und es ist darum eine an sich bekannte Hilfsschaltung
verwenclet, die es erlaubt, beide Entladungsgefäße finit den gleichen Steuerspannungen
zu beeinflussen. Diese Hilfsschaltung besteht aus dem Widerstand 5, welcher zu den
beiden Entladungsgefäßen 2 und 3 parallel geschaltet ist, und dem Transformator
15, dessen Primärwicklung an die beiden Enden des Widerstandes 5 angeschlossen ist.
Die Steuergitter der beiden Entladungsgefäße a und 3 sind an die beiden Enden der
Sekundärwicklung des Transformators 15 angeschlossen, während der Mittelpunkt dieser
Sekundärwicklung mit dem Mittelpunkt des Widerstandes 5 verbunden ist. Die zum Steuern
der Entladungsgefäße dienenden Spannungen liegen einerseits in der Verbindungsleitung
zwischen den Steuergittern und den Enden der Sekundärwicklung des Transformators
15 und andererseits zwischen dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung und dem Mittel-Punkt
des Widerstandes 5. Soweit diese Steuerspannungen in der letztgenannten Verbindungsleitung
zwischen dem Mittelpunkt der Sekundärwicklung 15 und dem Widerstand 5 liegen, wirken
sie für beide Entladungsgefäße trotz des verschiedenen Kathodenpotentials in gleichem
Sinne. Diese Wirkung wird dadurch erreicht, daß die Spannungsdifferenz zwischen
der Kathode eines Entladungsgefäßes und dem Mittelpunkt des Widerstandes 5 jeweils
aufgehoben wird durch die in den Gitterkreis des gleichen Entladungsgefäßes geschaltete
Hälfte der Sekundärspannung des Transformators 1,5. Aus diesem Grunde wirken die
zwischen den Steuergittern der Entladungsgefäße einerseits und dem Mittelpunkt des
Widerstandes 5 andererseits eingeschalteten Steuerspannungen so, als wenn sie unmittelbar
zwischen der Kathode und dem Gitter des betreffenden Entladungsgefäßes eingeschaltet
«-ären.
-
In der Verbindungsleitung zwischen dein Mittelpunkt der Sekundärwicklung
de. Transformators 15 und dem Mittelppnkt des Widerstandes 5, d. h. in dem den beiden
Entladungsgefäßen gemeinsamen Teil des Steuerkreises, liegen die Steuerspannungsquelle
9 und eine der beiden Gleichstromvorspannung squellen 7 oder 8, von denen je nach
der Stellung des Umschalters 6 die eine oder die andere eingeschaltet ist. Die Steuerspannungsquelle
9, welche im einzelnen nicht dargestellt ist, liefert in periodischer Folge etwa
rechteckförmige positive Spannungsimpulse. Als Spannungsquelle kann hierbei eine
der bekannten Zeitschalteinrichtungen benutzt werden, die beispielsweise auch mit
steuerbaren Gas- oder Dampfentladungsstrecken arbeiten können. Die positiven Spannungsimpulse
der Spannungsquelle 9 bestimmen die "Zeitfolge; in der in dem Schweißtransformator
i abwechselnd der volle Schweil3-stroin und nach ihm ein viel geringerer Strom fließt.
Die Spannungsduelle 9 bestimmt somit die Zeitfolge von Arbeitsstrom und Pausenstrom
der Schweißeinrichtung. Die Spannungsimpulse der Stromquelle 9 sind der negativen
Sperrspannung überlagert. welche von einer der beiden Spannungsquellen 7 oder 8
geliefert wird. Die° Höhe der beiden Spannungen 7 und 8 ist dabei so bemessen, daß
die eine kleiner als die von der Steuerspannungsquelle 9 gelieferte rechteckförtnige
Spannung, die andere dagegen größer als die Rechteckspannung der Spannungsduelle
9 ist.
-
Die beiden Steuerspannungsquellen, «-elche die den Arbeitsstrom und
den Pausenstrom bestimmenden Steuerspannungskomponenten für die beiden Entladungsgefäße
2 und 3 liefern, sind die Gittertransformatoren to und i i, welche in den Gitterkreisen
der beiden Entladtingsgef,iße jeweils zwischen den Enclen
des Transformators
15 und den Steuergittern der Entladungsgefäße liegen. Die Transformatoren Io und
II, denen Ohmsche Widerstände 16 parallel geschaltet sind, liefern Spannungen spitzer
Wellenform. Sie sind zu dem Zweck in Reihenschaltung mit einer übersättigten Eisendrosselspule
12 über einen Drehtransformator 13 an eine Wechselspannungsquelle 14 angeschlossen.
Die Amplituden der Spannungsspitzen der Transformatoren Io und IIsind so bemessen
daß die in der Phase voreilende Spannungsspitze eine kleinere Amplitude besitzt
als die in der Phase nacheilende Spannungsspitze. Näheres über diese Spannungsspitzen
ergibt sich noch aus der Beschreibung des Diagramms der Fig. 2. Zum Erzeugen der
in der Phasenlage steuerbaren Spannungspitzen kann auch irgendeine andere der beiden
Stoßsteuerschaltungen benutzt werden, wie beispielsweise eine mit hochgesättigten
Dreiwicklungstransformatoren arbeitende magnetische Stoßsteuerung. Bei diesen Steuerungen
ist eine Wicklung mit Gleichstrom, die zweite mit Wechselstrom gespeist, an der
dritten Wicklung wird die Spannungsspitze abgenommen.: Die Phasendreheinrichtungen
bzw. Drehtransformatoren 13 sind mit in der Fig. i nicht näher dargestellten Kupplungsgliedern
ausgerüstet,- welche dafür sorgen, daß bei einer Verstellung der den Zündpunkt des
Pausenstromes bestimmenden Phasendreheinrichtung eine bestimmte minimale Phasenvoreilung
der Zündpunkte des Arbeitsstromes vor denen des Pausenstromes nicht unterschritten
wird. Diese Kupplungsglieder, beispielsweise in Form einer Schleppvorrichtung, treten
in Wirkung, wenn die Phasendreheinrichtung für den Pausenstrom im Sinne einer Vorverlegung
so weit verstellt «-orden ist, daß nur noch der minimale Phasenabstand zwischen
den beiden Phasendreheinrichtungen vorhanden ist. Sie bewirken dann, daß bei einer
weiteren Verstellung die Phasendreheinrichtung für die Arbeitsströme gleichzeitig
und gleichsinnig mitverstellt wird. Die Wirkungsweise der Steuerungseinrichtung
nach Fig. i ergibt sich aus dem Diagramm der Fig.2. Die im Schweißstromkreis fließenden
Ströme sind zum- Unterschied von den Anodenspannungen und Steuerspannungen schraffiert
dargestellt. Die strichpunktierte Linie gibt den Verlauf der negativen Sperrspannung
wieder, welche je nach der Stellung des Umschalters 6 in Fig. i von einer der Sperr
spannungsquellen 7 und 8 geliefert wird. Die schräg schraffierten Flächenteile beziehen
sich auf den Arbeitsstrom, die waagerecht schraffierten Flächenteile dagegen auf
den Pausenstrom. Wie aus dem Diagramm ersichtlich ist, wirken in der Zeit, in der
der Arbeitsstrom fließt, gleichzeitig drei Steuerspannungskomponenten. Die eine
Steuerspannungskomponente ist ein rechteckförmiger Steuerspannungsimpuls, der von
der Steuerspannungsquelle g. in Fig. i geliefert wird. Dieser Steuerspannungsimpuls
wirkt für beide Entladungsgefäße 2 und 3 jeweils so lange, wie Arbeitsstrom fließen
soll. Dieser rechteckfärmigen Steuerspannung sind zwei Spannungen spitzer Wellenform
überlagert, von denen die eine eine kleinere Amplitude besitzt als die andere. Die
Spannungsspitze mit der kleineren Amplitude eilt der Spannungsspitze mit der größeren
Amplitude in der Phase vor. Die kleinere Spannungsspitze ist so bemessen, daß sie
zusammen mit der rechteckförmigenS teuerspannungskomponente größer ist als die strichpunktiert
eingezeichnete Sperrspannungsgrenze. Während der Arbeitszeit bestimmt daher, wie
das Diagramm zeigt, die kleinere Spannungspitze den Zündzeitpunkt. Die später folgende
größere Spannungspitze ist aus bekannten Gründen für den weiteren Stromverlauf ohne
Einfluß. -In der Pausenzeit ist die rechteckförmige Steuerspannungskomponente der
Spannungsquelle g ausgeschaltet. Es wirken daher nur noch die beiden Spannungsspitzen;
infolge der Ausschaltung der Rechteckspannung liegt jetzt die kleinere Spannungsspitze
unterhalb der Sperrspannungsgrenze, und in diesem Falle bestimmt daher die größere
Spannungsspitze den Zündzeitpunkt. Da sie gegenüber der kleineren Spannungsspitze
in der Phase nacheilt, erhält man einen kleineren Pausenstrom. Aus dem Diagramm
der Fig.2 ist deutlich ersichtlich, daß durch entsprechende Änderung der Phasenlage
der beiden Spannungsspitzen Pausenstrom und Arbeitsstrom vollständig unabhängig
voneinander geregelt werden können. Die Steuerung hat außerdem noch ebenso wie die
oben bereits erwähnte bekannte Steuerung :die Eigenschaft, daß die Regelung von
Arbeitsstrom und Pausenstrom auf das Schaltverhältnis, d. h. auf das Verhältnis
der periodisch abwechselnden Zeiten von Arbeitsstrom und Pausenstrom; keinen Einfluß
hat. Es sei noch darauf hingewiesen, daß die kleinere Spannungsspitze in dem Diagramm
der Fig.2 auch durch eine etwa rechteckförmige Steuerspannungskomponente ersetzt
werden kann, ohne daß an der Wirkung etwas geändert wird. Ebenso wie bei der bereits
beschriebenen, mit zwei Spannungsspitzen arbeitenden Steuerungseinrichtung bestimmt
die in der Phase voreilende Spannungskomponente, d. h. die vordere Flanke der rechteckförmigen
Komponente, den Zündzeitpunkt
während der Arbeitszeit. In der Pausenzeit
liegt diese voreilende Komponente unterhalb der Sperrspannungsgrenze, ist daher
für die Bestimmung des Zündzeitpunktes wirkungslos.
-
Wenn der Umschalter 6 in der Schaltung der Fig.I auf diejenige der
beiden Sperrspannungsquellen 7 und 8 umgelegt wird, welche die kleinere Sperrspannung
liefert, so wird während der Arbeitszeit der Zündzeitpunkt der Entladungsgefäße
nur noch durch die rechteckförmige Steuerspannungskomponente der Spannungsquelle
g bestimmt. Eine kontinuierliche Regelung erfolgt in diesem Falle nur noch während
des Pausenstromes. Diese Regelung ist aber, was für die Erfindung wesentlich ist,
auch unabhängig von dem Arbeitsstrom. Die Sperrspannung muß in diesem Fall kleiner
sein als die Amplitude der in Fig. 2 eingezeichneten rechteckförmigen, während der
ganzen Arbeitsphase wirksamen Steuerspannungskomponente der Steuerspannungsquelle
cg. Die mit der kleineren Sperrspannung arbeitende betriebsmäßig einfachere Steuerung
wird zweckmäßig dann angewendet, wenn es nur darauf ankommt, den Pausenstrom, nicht
aber den Arbeitsstrom zu regeln.