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Elektrische Widerstands-Schweißvorrichtung Die Erfindung bezieht sich
auf Vorrichtungen zum Überwachen der Arbeit einer elektrischen Schweißvorrichtung.
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Es sind Vorrichtungen. :dieser Art ,bekannt, die eine gleichmäßige
Durchgangsdauer des elektrischen Stromes bei jeder Schweißung sichern. Man- hat
zu ,diesem Zwecke insbesondere gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecken
benutzt. Der Stromfluß ,durch einen in den Gitterstromkreis eingebrauten Kondensator
bestimmt :alsdann :die Zeit, während welcher,die Entladungsstrecke gezündet oder
nach Beginneiner Schweißung gesperrt bleibt, ,d. h. :die Zeit, die ihrerseits der
Dauer der Ausführung ,der Schweißung entspricht. Nun ist es ,aber bekanntlich von
Wichtigkeit, am gute Resultate zu erzielen, für die Ausführung einer jeden Schweißwng
,dieselbe Energiemenge zur Verfügung zu stellen. Diese Energiemenge hängt aber nicht
nur von der Durchtrittsdauer des Schweißstromes ab, sondern auch von der Größe :des
Schweißstromes, die sich von einer Schweißurng zur anderen und sogar während ,der
Ausführung ein und derselben Schweißung ändern kann, infolge der Widerstandsunterschiede
beim Schweißen und der Spannungsänderungen im Stromversorgungsnetz.
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Diese Tatsachen haben dazu geführt, Vorrichtungen zu schaffen, die
dazu bestimmt sind, nicht nur die Schweißzeit, sondern auch die für jede Schweißüng
erforderliche Energiemenge :gleichförmig zu gestalten.
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Die bekannten Vorrichtungen dieser Art benutzen Wattmeterzähler, welche
mit Relais kombiniert sind. Sie sind viel komplizierter und viel empfindlicher als
die Vorrichtungen zum Überwachen der Schweißzeit, bei welchen Entladungsstrecken
zur Verwendung kommen.
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Der Zweck der Erfindung ist, eine einfache und kräftige Vorrichtung
zu schaffen, welche mittels einer Entladungsstrecke die für jede Schweißung gelieferte
Energiemenge gleichförmig macht, genau so wie es die komplizierten und empfindlichen
Vorrichtungen mit Wattmeterzählern tun.
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Die Erfindung betrifft eine elektrische Widerstands-Schweißvorrichtung,
bei der die Dauer der Schweißstromimpulse durch die Zeit bestimmt wird, während
welcher eine gittergesteuerte Gas- oder Dampfentladungsstrecke unter der Einwirkung
eines Stromes, der einen in den Gitterkreis eingeschalteten Kondensator durchfließt,
gezündet oder gesperrt bleibt.
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Die Erfindung besteht darin, daß ein- und dem gleichen Kondensator,
der durch einen beliebigen Strom, beispielsweise den Netzstrom, gegebenenfalls unter
Zwischenschal-.. tung eines Transformators und eines Gleichrichters aufgeladen wird
und bei seiner Entladung nach Betätigung des Fußhebels zur
Einleitung
des Schweißvorgangs über einen Widerstand die Entladungsstrecke sperrt, zu einer
derartigen Bestimmung der Schweißzeit, daß für jede Schweißung die erforderliche
gleiche Energiemenge geliefert wird, ein der Stärke des Schweißstromes entsprechender
mehr oder weniger großer zusätzlicher Ladestrom zugeführt wird, so daß das Potential
des Gitters in entsprechend kürzerer oder längerer Zeit wieder positiv wird und
so die Zündung der Strecke und damit das Abschalten des Schweißstromes herbeiführt.
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Die Änderungen des Schweißstromes können auf einen oder mehrere Faktoren
der Ladezeit des Kondensators einwirken: Endgültige Spannung an den Klemmen des
Kondensators, Größe des Ladewiderstandes, Kapazität des Kondensators.
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Die Zeichnung stellt beispielsweise Ausführungsformen des Erfindungsgegenstandes
dar.
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Abb. i ist eine prinzipielle Schaltung einer Vorrichtung mit Verwendung
eines im Nebenschluß liegenden Kondensators.
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Abb.2 zeigt die Schaltung einer Ausführungsform des Prinzips der Abb.
i.
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Abb.3 zeigt die Arbeitsweise dieser Vorrichtung.
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Abb.4 zeigt das prinzipielle Schema einer abgeänderten Ausführungsform,
bei der man auf den Belastungswiderstand des Kondensators einwirkt.
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In Abb. i bezeichnet i die Entladungsstrecke in verdünntem Gas, 2
die Glühkathode, 3 das Gitter und .1. die Anode. In den Anodenstromkreis ist ein
Relais 5 eingeschaltet, welches den Schweißstrom steuert. Die Kathode wird mit einem
der Pole einer Stromquelle 6' verbunden, deren anderer Pol mit einer Belegung des
Kondensators 6 verbunden ist. Das Gitter der Entladungsstrecke ist mit der anderen
Belegung dieses Kondensators verbunden. Zum Kondensator im Nebenschluß liegt ein
Widerstand 7. Es ist ferner im Nebenschluß zu ihm ein Spannungserzeuger 8 geschaltet,
der von der Schweißvorrichtung abhängig ist. In den Stromkreis von 8 ist ein Unterbrecher
9 eingeschaltet. Der Hauptschalter der Schweißmaschine wird durch den Magneten 5
gesteuert. Die Dauer des Stromdurchganges in diesem Magneten und der Zeitpunkt der
Schließung des Hauptstromkreises mit Bezug auf das Maximum der Wechselspannung des
Speisungsstromes werden selbsttätig geregelt, um in allen Fällen eine vollkommene
Schweißung zu erhalten.
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Der Spannungserzeuger 8 liefert nämlich eine Lade- oder Entladespannung
für den Kondensator, die von dem Arbeiten der Schweißvorrichtung selbst abhängt.
Solange das Gitter beispielsweise positiv ist und die Entladungsstrecke leitend,
d. h. solange man nicht auf den Fußhebel 9 tritt, geht der Strom beständig durch
den Elektromagneten 5.
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Sobald man auf den Fußhebel 9 tritt, hört der Strom im Elektromagneten
5 auf, der Anker fällt jedoch nur zurück, wenn der Strom durch Null geht; der Generator
S trägt gleichzeitig dazu bei, den Kondensator zu laden oder zu entladen und diese
Ladung oder Entladung dauert eine bestimmte Zeit. Die-Dauer der Ladung oder Entladung
des Kondensators ist veränderlich, und erst am Ende einer bestimmten Zeit nimmt
der Strom im Elektromagneten 5 seinen ursprünglichen Wert wieder an. Der Hauptschalter
wird geschlossen, sobald der Strom im Elektromagneten aufhört.
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Gemäß Abb. 2 ist die Kathode 2 der Entladungsstrecke i in den Sekundärkreis
eines Transformators io geschaltet. Das Relais 5 steuert den Stromkreis des Hauptschalters
i i der Schweißvorrichtung. Es ist mit einem Kondensator 12 im Nebenschluß geschaltet.
Ein weiterer Transformator 13 speist eine Gleichrichterröhre 14, die Strom
an ein Potentiometer 15 abgibt, welches mit einem Kondensator 16 in Nebenschluß
liegt. Die Anzapfung des Potentiometers ist unter Zwischenschalten eines Kondensators
17 mit dem negativen Pol des Röhrenstromkreises verbunden. Der positive Pol des
Röhrenstromkreises ist über zwei Widerstände 18, i9 mit dem Gitter der Entladungsstrecke
i verbunden.
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In den Stromkreis der Schweißvorrichtung .1 ist in Reihe die Primärseite
eines Stromwandlers 2o geschaltet, dessen Sekundärseite im Nebenschluß mit einem
Widerstand 20' liegt und einen Trockengleichrichter 2i speist. Der negative Pol
dieses Gleichrichters ist mit dem,negativen Pol des Stromhreises der Röhre 14 verbunden.
Sein positiver Pol ist mit dein Gitterstromkreis der Röhre i zwischen den Widerständen
18 und i9 über einen Widerstand 22 verbunden.
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Eine der Belegungen eines Kondensators 23 ist zwischen dem Widerstand
22 und den Widerständen 18 und i9 angeschlossen. Die andere Belegung ist mit dem
Fußhebel-2.I verbunden, mit dem die Schweißvorrichtung in Gang gesetzt wird. Im
Ruhezustand schließt der Fußhebel den Kondensator 23 durch den Kontakt 25 kurz.
Der Kondensator wird so entladen und die Röhre ist stromleitend, da ihr Gitter positiv
ist. Tritt man auf den Fußhebel, so öffnet man den Kontakt bei 25 und schließt den
bei 26, der mit dem negativen Pol der Röhre 14 verbunden ist.
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Wird zu Beginn der Schweißung der Hebel des Schalters 24 mit dem Kontakt
26 verbunden,
dann wird der Kondensator 23 über den Widerstand 18
vom Gleichrichter 14 aufgeladen. Der Ladestrom erzeugt in dem Widerstand 18 einen
Spannungsabfall, der der Spannung des Gleichrichters 14 entgegengesetzt gerichtet
ist und dem Gitter 3 der Entladungsstrecke i ein negatives Potential gegenüber der
Kathode 2 erteilt. Die Folge hiervon ist, daß die Entladungsstrecke i bei dem kommenden
Nulldurchgang ihrer Anodenwechselspannung erlischt und in :der nächsten positiven
Halbwelle nicht mehr zündet. Solange ein Ladestrom durch den Widerstand 18 fließt,
bleibt die Strecke i gesperrt und der Schweißstrom eingeschaltet. Die Dauer des
Ladestromes hängt von der Ladezeit des Kondensators ab. Diese Ladezeit kann gemäß
Abb. 2 in der Weise geändert werden, daß dem Kondensator ein der Stärke des Schweißstromes
entsprechender mehr oder weniger großer zusätzlicher Ladestrom über den Gleichrichter
21 -und den Widerstand 22. aus dem Transformator 2o zugeführt wird, so daß das Potential
des Gitters 3 in entsprechender kürzerer oder längerer Zeit wieder positiv wird
und die Zündung der Strecke i und damit das Abschalten des Schweißstromes herbeiführt.
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Es kann kein Strom mehr in die Schweißvorrichtung gelangen, solange
man auf den Fußhebel tritt. Wenn man ihn losläßt; befindet sich die Vorrichtung
wieder im ursprünglichen Zustand.
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In Abb. 3 sind in Abszissen die Zeit und in Ordinaten die verschiedenen
Spannungen eingetragen, die in Betracht kommen. Diese Spannungen sind mit Bezug
auf die Kathodenspannung berechnet.
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a stellt die Spannung an den Klemmen des Relais 5 dar, ä die Auslösespannung
dieses Relais, b den Unterschied des Potentials zwischen der Glühkathode :2 und
dem positiven Pole des Gleichrichters 2i, c die kritische Spannung des Gitters 3
und e das Kathodenpotential.
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Der Punkt 27 der Linie b entspricht dem Niederdrücken des Fußhebels.
Das Gitter nimmt dann plötzlich eine negative Ladung an. Es folgt daraus, daß die
Entladungsstrecke am Ende des erfolgenden Polwechsels erlischt und daß die Spannung
a an den Klemmen des Relais 5 nach einer asymptotisch zur Kathodenspannung verlaufenden
Kurve fällt. Die Schweißung beginnt im Punkt 28, wenn diese Kurve ä schneidet. Von
diesem Augenblick an wird der Kondensator 23 geladen, und die Gitterspannung' d
steigt wieder allmählich. Wenn sie größer wird als die kritische Spannung, kann
die Entladungsstrecke bei 29 von neuem zünden, und der Schweiß-Strom ist unterbrochen.
Wenn man den Fußhebel losläßt (Punkt 30), so nimmt das Potential des Gitters seinen
ursprünglichen Wert wieder an, und der Unterschied des Potentials an den Klemmen
des Relais 5 ändert sich nach einem regelmäßigen Gesetz und bleibt stets .oberhalb
der Auslösespannung.
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Der Kondensator i2 verlangsamt tatsächlich den Spannungsabfall an
den Klemmen des Relais 5. Seine Kapazität ist so gewählt, daß die genannte Spannung,
selbst am Ende der Zeiten der negativen Halbwellen des Speisewechselstromes, stets
größer bleibt als der Wert ai, für welchen der Anker 51 des Relais sich beim Stromschluß
lösen würde.
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Abb.4 zeigt, wie man den Stromwandler 2o durch eine Vorrichtung ersetzen
kann, die auf den Ladungswiderstand des Kondensators 23 einwirkt. Diese Vorrichtung
enthält eine photoelektrische Zelle 31, die den Lichtstrahlen der Schweißstelle
B ausgesetzt ist und mit dem Gitter einer Dreielektrodenröhre 32 im Nebenschluß
zum Kondensator 23 verbunden ist.
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Man kann auch einen Transformator mit gesättigtem Kern benutzen. Dieser
an sich bekannte Apparat ist mit Wicklungen versehen, die von einem in den Grenzen,
die der magnetischen Sättigung des Kernes entsprechen, veränderlichen Strom bzw.
einem zu kontrollierenden Strom durchflossen werden.
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Der Primärstrom kann selbst eine Funktion eines beliebigen Faktors
der Schweißung, z. B. der allgemeinen Speisespannung der Maschine sein. Der Primärstromkreis
wird dann ,durch die gleichgerichtete Spannung gespeist.
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Man kann ihn auch mit dem verstärkten Strom eines Phasenverschiebungsmeßstromkreises,
einer Thermozelle oder einer lichtelektrischen Zelle speisen.
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Die Sekundärwicklung ist mit einem Gleichrichter in Reihe geschaltet,
der mit dem Ladestromkreis des Kondensators 23 verbunden ist.
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Die Erfindung bezieht sich keineswegs auf den allgemeinen Gedanken,
die Ladezeit des für die Zündung und Sperrung einer Gasentladungsstrecke maßgebenden
Kondensators in Abhängigkeit vom Arbeitsstrom zu steuern, ebensowenig auf den an
sich bekannten Gedanken, einen im Steuerkreis einer Gasentladungsstrecke angeordneten
Kondensator derart aufzuladen, daß dieser das Anwachsen der Gitterspannung der Gasentladungsstrecke
zeitlich verzögert, während der Anodenstrom auf den eigentlichen Schalter wirkt.
Demgegenüber wird erfindungsgemäß ausgehend von dem Gedanken, einen Arbeitskreis
nach Durchgang einer bestimmten vorgegebenen
Energiemenge mittels
einer Gasentladungsstrecke abzuschalten, eine elektrische Widerstandsschweißvorrichtung
der oben beschriebenen Art von überraschend einfachem Aufbau und großer Zuverlässigkeit
im Betrieb geschaffen.