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Regelanordnung für aus einem Wechselstromnetz über steuerbare ,Entladungsstrecken
gespeiste Punkt- oder Punktnaht-Schweißmaschinen Die Erfindung betrifft die Regelung,des
Arbeitsstromes in elektrischen Punkt- oder Punktnaht-Schweißmaschinen, die über
steuerbare Entladungsstrecken aus einem Wechselstromnetz gespeist werden. Die Verwendung
von steuerbaren Entladungsstrecken für diesen Zweck ist bekannt. Die Entladungsstrecken
dienen dabei als Schalter für den Schweißstrom. Der Betrieb von Schweißmaschinen
der genannten Art erfordert, .daß einzelne oder mehrere aufeinanderfolgende Schweißstromimpulse
geschaltet werden, von denen jeder mehrere Halbwellen der speisenden Wechselspannung
umfaßt. Um sowohl die positiven als auch; die negativen Wechselspannungshalbwellen
auszunutzen, werden dabei die Entladungsstrecken meist zu zweit gegensinnig parallel
geschaltet.
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Beim Schweißen sehr dünner Bleche mit hoher Geschwindigkeit ist es
notwendig, eine sehr genaue Regelung der zum Schweißen erforderlichen Energie durchzuführen,
um gleichmäßige Schweißresultate in den einzelnen Schweißpunkten zu erzielen. Auch
ist eine Stromregelung nötig, um die Erhitzung
des Schweißgutes
möglichst gering zu halten, damit dessen physikalische und chemische Eigenschaften,
insbesondere -seine Widerstandsfähigkeit gegen Rostbildung, nicht beeinträchtigt
werden.
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Es tritt infolgedessen die Aufgabe auf, die Dauer jedes einzelnen
Schweißstromimpulses genau auf eine bestimmte Anzahl von Halbwellen festzulegen,
wobei außerdem auch noch der Beginn des Impulses innerhalb der zugehörigen Wechselspannungshalbwelle
eine genau vorgeschriebene Lage einnehmen muß. Diese Aufgabe wird bei einer Regelanordnung
für elektrische Punkt- oder Punktnaht-Schweißmaschinen, die primärseitig über steuerbare
Entladungsgefäße vom Wechselstromnetz gespeist werden, erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß die Steuermittel für die Steuerung der Entladungsstrecken zum abwechselnden
Ein- und Wiederausschalten des Stromkreises der Schweißmaschine für eine wählbare
vorbestimmte Anzahl von Halbwellen des Wechselstromes unter dem Einfluß einer aus
dem Wechselstromnetz abgeleiteten Größe im Takte der Frequenz des speisenden Wechselstromnetzes
betätigt werden, wobei unter Benutzung zweier gegensinnig parallel geschalteter
Entladungsstrecken, vorzugsweise mit Initialsteuerung, deren Steuerelektroden die
Zündimpulse über zwei abwechselnd leitend gemachte Steuerrohre erhalten, das Gitter
jedes Steuerrohres dauernd am negativen Pol einer Gleichstromquelle liegt, aber
durch ein besonderes Hilfsschaltrohr zwecks Öffnen. des Steuerrohres aus einer anderen
Gleichstromquelle ein positives Erregerpotential erhält, das ihm nach vorausbestimmter,
für eine Schweißung berechneter Zeit durch ein weiteres Hilfsschaltrohr zwecks Sperrung
des Stromdurchganges wieder -genommen wird.
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Bekanntwar die Steuerung von Schweißmaschinen hinsichtlich des den
Schweißelektroden zufließenden Stromes durch eine im Sekundärkreis oder Primärkreis
der Wechselstromspeisung liegende Impedanz, die mittels anitiparallel liegender
steuerbarer Entladungsgefäße bzw. Entladungsstrecken in ihrem Wert gesteuert wird.
Der Höchstwert einer solchen Impedanz wird immer noch verhältnismäßig niedrig sein.
Der Strom im Primärkreis der Schweißmaschine kann daher nicht zu Null gemacht werden.
Beim Öffnen .der Schweißelektrode können sich daher gegebenenfalls noch unerwünschte
Lichtbogen bilden, was zu einer unerwünschten Beanspruchung der Elektroden und des
Schweißgutes führen kann.
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Es ist ferner bekannt, den Primärkreis einer Schweißmaschine über
ein besonderes mechanisches Schütz zu steuern, dessen Erregerkreis über ein Rielaisgespeist
wird, das seinerseits erst für den gewünschten Takt in seiner Speisung über ein
Entladungsgefäß gesteuert wird.
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Beim Gegenstand der Erfindung werden demgegenüber die Entladungsgefäße
für die Steuerung der Zündung derjenigen Entladungsgefäße, welsche die Speisung
des Schweißtransformators steuern, ihrerseits über" Entladungsgefäße in ihrer Zündung
für den Einsatz und die Sperrung ihres Stromdurchganges gesteuert.
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In ,den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch
dargestellt.
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In Fig. i liegen in dem die Primärwicklung i i des Schweißtransformators
io mit der Wechselstromquelle 16 verbindenden Stromkreis .gegensinnig miteinander
parallel geschaltete Gas- oder Dampfentladungsstrecken 18 und i9. Ihnen ist eine
Steuervorrichtung zugeordnet, die synchron mit der Frequenz der Wechselstromquelle
diese Apparate für bestimmte Zeiträume stromdurchlässig macht, in denen dann der
Schweißstrom fließen. kann. Die Stromrichter können Ströme von etwa iooo Amp. führen,
die dann in an sich bekannter Weise durch den in Punktschweißmaschinen vorgesehenen
Spannungsreduktor auf mehrere iooo Amp. verstärkt werden können, so daß also die
verhältnismäßig hohe Spannung der Stromquelle mit verhältnismäßig schwachem Strom
umgewandelt werden kann in eine niedrige Spannung mit verhältnismäßig starkem Strom,
wie er für die Schweißung notwendig ist.
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Die Steuerung der Entladungsstrecken erfolgt hier z. B. mittels einer
Schaltwalze, die durch einen aus der Wechselstromquelle erregten Synchronmotor angetrieben
wird. Gewünschtenfalls kann die Zeit, innerhalb welcher die Stromrichter stromdurchlässig
sind, mit Hilfe eines Entladungsrohres geregelt werden, das seinerseits bereits
mittels eines Phasenschiebers gesteuert wird, der seine Erregung aus der Wechselstromquelle
erhält. Auf diese Weise ist es möglich, den Schweißstrom innerhalb bestimmter Halbwellen
oder eines Teiles einer Halbwelle anzulegen. Man kann damit auch die Stromrichter
so steuern, daß sie in wechselnden Halbperioden leitend werden und so die Sättigung
des Schweißtransformators auf ein Mindestmaß herabsetzen.
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Die Sekundärwicklung 12 des Schweißtransformators io ist wie üblich
an den Stromkreis der Schweißelektroden 13 angeschlossen, während die Primärwicklung
i i durch Leitungen 14., 15 über Schalter 17 mit der Wechselstromquelle 16 verbunden
ist. Die Gefäße 2i der Stromrichter 18, i9 enthalten je eine Anode 2o, .eine Quecksilberkathode
22 und ein Zündanode 23, die vorteilhaft aus elektrisch schlecht leitendem Material,
wie Bor oder Silicium-Karbid, besteht. Statt der beiden in Fig. i dargestellten
Stromrichter 18, i9 kann man auch einen einzigen Stromrichter mit zwei Quecksilberelektroden
vorsehen, die abwechselnd als Anode oder Kathode arbeiten.
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Läßt man durch die Zündelektrode 23 einen Strom bestimmter Stärke
in die Quecksilberkathode 22 fließen, so wird der Stromrichter leitend, wenn eine
Spannung richtiger Polarität an der Anöde 20 und Quecksilberkathode 22 liegt. Erfolgt
die Zündung zu Beginn einer Halbwelle des Wechselstromes, so bleibt der Stromrichter
für ,diese Halbperiode stromdurchl.ässig. Um während aufeinanderfolgender Halbwellen
einen Stromdurchgang durch den Schweißtransformator zu erhalten, sind die
Stromrichter
18, i9 entgegengesetzt zueinander geschaltet, d. h. die Anode 2o jedes Gefäßes ist
mit der Kathode des anderen Gefäßes verbunden. Zur Steuerung der Stromrichter 18,
i9 dienen Glühkathodenrohre 24, 25, deren Anoden 26, 27 mit den Anoden 2o .der Stromrichter
18 bzw. i9 verbunden sind, während die Glühkathoden 28, 29 in an sich bekannter
Weise an die Zündelektroden 23 .der Stromrichter angeschlossen sind. Die Rohre 24,
25 sind so bemessen und angeordnet, daß sie genügend Strom den Zündelektroden 23
zuführen, damit diese im gewünschten Zeitpunkt die Stromrichter 18, i9 zünden.
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Zum Anlassen der Steuerrohre 2q., 25 dient :ein Anlaßrohr 31, von
,dem am negativen Pol einer Batterie 34 liegende Steuergitter 32, 33 der Steuerrohre
24,25 ein positives Potential erhalten können. Dieses Potential ist z. B. einer
Batterie 36 zu entnehmen. sowie Spannungsteilerwiderständen 37, 38, die in Reihe
parallel zur Batterie 36 liegen, wenn das Anlaßrohr 31 leitend ist. Wie ersichtlich,
besteht ein Spannungsunterschied zwischen den am Widerstand 38 angeschlossenen Leitern
39 und 39" dessen Wert von der durch die Batterie 36 gelieferten Spannung und dem
Widerstandsverhältnis der beiden Widerstände 37, 38 abhängig ist.
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Um beide Steuerrohre 24, 25 mit einem einzigen Stromkreis zu regeln,
ist zwischen die Wechselstromquelle 16 und die Leitungen i'4, 15 ein Transförmator
4o geschaltet, der die Kathoden 28, 29 auf ein gemeinsames Potential bringt. Zum
Löschen der Steuerrohre 24,25 dient ein Glühkathodenschaltrohr 4, das, sobald es
Strom führt; den Widerstand 38 kurzschließt, so daß dann das negative Potential
der Batterie 34 wieder an den Steuergittern 32, 33 liegt. Die Kathoden .der Rohre
24, 25, 31, 41 werden in üblicher Weise aus. Hilfstransformatoren 42 beheizt, die
durch einen mit den Wechselstromleitungen 14, 15 verbundenen Transformator 43 erregt
werden.
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Das Anlaßrohr 31 und .das Abschaltrohr 41 werden durch eine Schaltwalze
44 mit voneinander isolierten leitenden Segmenten 45, 46 gesteuert. Ein Teil 47
des Segmentes 46 trifft, wenn die Walze 44 in der Pfeilrichtung durch einen aus
dem Transformator 43 erregten Synchronmotor 5o gedreht wird, .nachein.and.er auf
die Bürsten 48, 49, die an die Gitter 51, 52 der Rohre 31 bzw. 41 ängeschlos.-sen
sind, um diesen aus einer Batterie ein negatives Potential aufzudrücken; solange
die Bürsten nicht mit .dem Teil 4.7 des Segmentes 46 in Berührung stehen; in letzterem
Falle geben sie .den Gittern ein positives. Potential, das einem- die Batterie 36
überbrückenden regelbaren Widerstand 5.4 entnommen wird. Zur Verbindung der Batterie
53 und des regelbaren Widerstandes 54 mit den Segmenten 4.5, 46 bzw. der Schaltwalze
44 dienen Bürsten 55, 56.
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Das Einschalten der gesamten Einrichtung kann mittels Druckknopfschalters
57 erfolgen, der auf ein Relais 58 wirkt, das aus den Leitungen 14, 15 erregt wird:
Während des Betriebes der Einrichtung sind die Schalter 17 eingelegt, die Kathoden
der Rohre 24, 25, 34 41 aufgeheizt und der Synchronmotor 50 erregt, so daß er die
Schaltwalze 44 dreht; zu den Schweißelektroden 13 fließt jedoch noch kein Strom,
da die Stromrichter 18, i9 noch gesperrt sind. Ist das Schweißgut zwischen die Elektroden
13 ein geführt, und sind letztere mit dem nötigen Druck dagegen angelegt, so schließt
der Arbeiter den Steuerschalter 57, erregt dadurch das Steuerrelais 58 und legt
damit positive Spannung an die Anode des Anlaßrohres 31. Da sein Gitter 51 in der
Regel aus der Batterie 53 negativ aufgeladen ist, bleibt das Rohr 31 vorerst nichtleitend;
sobald jedoch der Teil 47 des Schaltersegmentes 46, an dem ein positives Potential
liegt, auf .die Bürste 48 trifft, wird auch das Gitter 51 positiv, das Rohr 31 wird
dadurch leitend und läßt nun einen Strom durch die Widerstände 37, 38 fließen. Der
Spannungsabfall im Widerstand 38 ist größer als die von der Batterie 34 gelieferte
Spannung, und deshalb erhalten die Gitter 32, 33 der Steuerrohre 24, 25 ein positives
Potential.
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Angenommen, das Rohr 31 sei in dem Augenblick gezündet worden, wo
der Stromrichter 18 die richtige Polarität hat, so daß er nach erfolgter Zündung
Strom führen kann. Sobald das Steuerrohr 24 leitend wird, fließt Strom zur Zündanode
23 und zündet den Stromrichter 18. Dieser führt dann Ström bis zum Ende der Halbwelle
und bleibt dann für die folgende Halbwelle undurchlässig. Während dieser Zeit erscheint
jedoch das richtige Potential am Gitter 33 des Steuerrohres 25, so daß nun Strom
durch die Zündanode 23 des Stromrichters i9 fließen kann, der dann seinerseits für
die folgende Halbwelle Strom führt, bis er am Ende dieser Halbwelle für die dann
folgende Halbwelle seine Stromdurchlässigkeit wieder verliert. Bleibt das Anlaßrohr
31 leitend, so wird hierauf der Stromrichter i8 von neuem stromdurchlässig und nach
ihm wieder der Stromrichter i9 während. der folgenden Halbwelle. Solange das Anlaßrohr
31 leitend ist, führen also die Stromrichter 18, i9 abwechselnd Strom während aufein:ande.rfolgender
Halbwellen des speisenden Wechselstromes aus der Stromquelle 16. Verschwindet das
positive Potential .an den Steuergittern 32, 33, so hören die Steuerrohre 24, 25
auf leitend zu sein, und damit verlieren auch die Stromrichter 18, i9 ihre Stromdurchlässigkeit.
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Das Löschen. ,der Steuer rohre 24, 25 durch Wiederanlegen des negativen
Potentials der Batterie 34 erfolgt durch das Schaltrohr 41, das in der Regel nichtleitend
ist, weil an sein Gitter 52 durch das Segment45 .der Schaltwalze44 ein negatives
Potential gelegt ist; trifft jedoch die Bürste 49 auf den Teil 47 des positiv erregten
Walzensegmentes 46, so wird ,das Rohr 4i leitend, und der Widerstand 38 wird kurzgeschlossen.
Damit werden die Steuerrohre 24, 25 nichtleitend, und am Ende der nächsten Halbwelle
verliert der jeweils leitend gewesene Stromrichter 18 oder i9 für jede folgende
Halbwelle seine Stromdurchlässigkeit.
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Da der Synchrön.motor 5o die Schaltwalze 40 synchron mit der Frequenz
der Wechselstromquelle
16 dreht, so bestimmt die jeweilige Stellung
der Bürste 48 den Zeitpunkt, in welchem das Anlaßrohr 31 leitend wird, und
damit auch den Zeitpunkt, in dem der Schweißstrom eingeschaltet werden kann. Die
Bürste 48 kann also so eingestellt werden, daß das Rohr 3 r gerade dann leitet,
wenn die Spannung :der Wechselstromquelle 16,den höchsten Wellenwert hat. Da dieser
Punkt in der Spannungswelle dem Nullpunkt der Welle entspricht, die den Flußwechsel
im Magnetkreis des Transformators io .darstellt, so wird, wenn der Stromkreis in
diesem Zeitpunkt geschlossen wird, der durch das Schließen des Stromkreises zwischen.
Transformator io und Stromquelle 16 hervorgerufene Sprung im Transformatorfluß gegenüber
der Spannungswelle ein Mindestmaß betragen. Es ist jedoch offensichtlich, daß es
durch Einstellen der Bürste 48 möglich ist, den Schweißstromkreis für eine Schweißung
in jeder beliebigen Stehle der Strom- oder Spannungskurve zu schließen.
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Die Anzahl' der Perioden., die zur Durchführung einer Schweißung notwendig
sind, ist eine Funktion des gegenseitigen Abstandes der Bürsten 48; 49 oder, mit
anderen Worten, des Zeitraumes, den der Tei147 der Schaltwalze braucht, um von der
Bürste 48 zur Bürste 49 zu gelangen. Die Stellung der Bürste 49 kann nun so gewählt
werden, daß das Abschaltrohr 41 gerade vor Beendigung der zweiten Halbwelle leitend
wird, nachdem das Anlaßrohr 31 die Steuerrohre 24, 25 erregt hat und dadurch die
Stromrichter 18, ig stromdurchlässig geworden sind. Mit dieser Einstellung der Bürste
49 kann man also z. B. genau zwei Halbwellen durch den Stromkreis hindurchgehen
lassen, vorausgesetzt, daß die Bürste 48 so eingestellt ist, daß das Anlaßrohr 31
zu Beginn der ersten Halbwelle in Wirkung tritt.
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Wegen der bestimmten Charakteristik der Stromrichter 18, ig ist es
nicht notwendig, die Bürste 49 genau auf das Ende der zweiten Halbwelle einzustellen.
Steht sie so, daß :das Abschaltrohr 41 in einem beliebigen Zeitpunkt nach Beginn
-der zweiten Halbwelle und nach Leitendwerden eines Stromrichters leitend wird,
so arbeitet die Einrichtung richtig. Da der Anlaßstrom nur der Zündanode 23 zugeführt
zu werden braucht, um die Stromrichter 18, ig in Gang zu setzen, so ist also ein
Spielraum in der Einstellung der Bürste 49 zulässig.
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Die Steuerrohre 24, 25 liegen parallel zu den Stromrichtern 18 bzw.
ig; sie führen also kurzzeitig den vollen Netzstrom, ehe die Stromrichter 18, ig
durchlässig werden. Sobald jedoch die Stromrichter 18, ig Strom führen, sinkt ihr
Spannungsabfall auf einen sehr niedrigen Wert, und infolgedessen haben dann die
Steuerrohre 24, 25, da sie in Reihe zu den Zündanoden liegen, die einen verhältnismäßig
hohen Widerstand haben, nur einen sehr kleinen Betrag des Netzstromes, aufzunehmen.
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Zum Betrieb der Einrichtung hat der Arbeiter nur den Schalter 57 zu
schließen und braucht dann die Einrichtung nicht mehr zu überwachen, da sie vom
Einschalten an vollkommen selbsttätig arbeitet, vorausgesetzt, daß der Schalter
57 für die Daue des Schweißvorganges geschlossen bleibt. Gleichgültig wie lange
der Schalter 57 geschlossen bleibi und wie lange die Anlaß- und Abschaltrohre 3
i, 41 stromdurchlässig gehalten werden, kann immer nur die Strommenge durch die
Schweißelektroden. fließen, für die die Einrichtung eingestellt worden ist. Der
Arbeiter muß den Schalter 37 erst freigeben und dadurch das Anlaß- bzw. Abschaltrohr
3r, 41 sperren, ehe es möglich ist, den Schweißvorgang zu wiederholen. Soll -der
Arbeiter davon befreit werden, den: Druckknopfschalter 57 geschlossen zu halten,
so kann .man zu dem Zweck ein Relais vorsehen, z. B. eine Vorrichtung, die es ermöglicht,
daß das Abschaltrohr 41 :den Stromkreis zur Anode des Anlaßrohres 31 öffnet, sobald
das Rohr 41 leitend gemacht wird.
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Statt die Stromrichter 18, ig unmittelbar in den Leiter 15 einzuschalten,
kann man auch eine Impedanzregelung bekannter Art anwenden, indem man einfach einen
zweiten Transformator benutzt, dessen Primärwicklung in Reihe mit der Primärwicklung
ii des Schweißtransformators und der Leitung 15 zu schallten ist, während seine
Sekundärwicklung an .die Stromrichter 18, ig anzuschließen ist. Im übrigen könnte
die Einrichtung unverändert bleiben.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 stimmt im wesentlichen mit dem
nach Fig. i überein und weicht nur in einigen Einzelheiten davon ab. Es hat sich
nämlich gezeigt, daß die Stromrichter 18, ig besser arbeiten, wenn ihre Zündanoden
23 eine gewisse Vorerregung erhalten. Der dazu notwendige Strom kann Hilfstransformatoren
6o entnommen werden, die ihre Erregung aus dem Transformator 43 erhalten. Sie liegen
über Widerstände 61 im Nebenschluß zu den Zündanoden 23 und den Kathoden 22. Während
die durch die Transformatoren 6o gelieferte Strommenge nicht ausreicht, die Stromrichter
18, ig zu zünden, genügt sie doch, ihre Zündanoden betriebsbereit zu halten.
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Wünscht man. drei Halbwellen Strom auf den Transformator io zu geben
oder eine entsprechende umbalancierte Strommenge, so würde der Magnetkreis des,
Transformators io schnell gesättigt sein, wenn dieser Strom während mehrerer aufeinanderfolgender
Schweißungen zugeführt würde. Die magnetische Sättigung des Transformators io wird
bekanntlich durch die Gleichstromkomponente des Wechselstromes bewirkt, der dem
Transformator io unsymmetrisch zugeführt wird. Deshalb ist es erwünscht, die Stromzufuhr
zum Transformator io für jede der aufeinanderfolgenden Schweißungen zu wechseln,
damit in dem durch den Transformator fließenden Strom keine resultierende Gleichstromkomponente
auftritt; damit wird der Magnetisierungsstrom auf ein Mindestmaß herabgesetzt. Die
Umkehr der Stromzufuhr erzielt man, indem man das. Anlaßrohr 31, um i8o elektrische
Grade versetzt, gegen die Zeit leitend macht, in der es für die letzte Schweißung
stromdurchlässig war. Angenommen also, daß für eine Schweißung das Anlaßrohr 31
während einer positiven Halbwelle leitend
war und nun leitend bleibt,
bis die folgende negative und positive Halbwelle durch die Stromrichter 18 und i9
hindurchgegangen sind, so läßt man das Anlaßrohr 31 für die nächste Schweißurig
während einer negativen Halbwelle stromdurchlässig werden, so daß .darauffolgend
eine positive Halbwelle und eine negative Halbwelle durch die Stromrichter 18 und
ig hindurchgehen. Zur Durchführung dieser Stromumkehr im Schweißtransformator io
dient .eine zweite Schaltwalze 62, die der ersten Walze 44 gleicht und ebenfalls
durch den Synchronmotor 5o anzutreiben ist. Ihre Segmente 45, 46 können negative
bzw. positive Potentiale erhalten wie die entsprechenden Segmente 45, 46 der Walze
44. Auch hat sie ein Paar Bürsten 63, 64. Die Bürsten 48, 49 der Walze 44 und die
Bürsten 63, 64 der Schaltwalze 62 sind mit den Gittern 5 i und 52 des Anlaßrohres
31 und des Abschaltrohres 41 durch ein Schaltrelais 65 verbunden, bestehend aus
einer Walze mit Segmenten 66, 67, 68, 69, die mit je einer der Bürsten 63, 48, 64
und 49 verbunden sind und Beläge 70, 74 72, 73 haben, die mit Bürsten 75 und 76
zusammenwirken können. Wenn die Walze des Relais 65 gedreht wird, treffen entweder
die Bürsten 75 und 76 auf die Beläge 71 und 73, oder die Beläge 70, 72 kommen in
Konr takt mit den entsprechenden Bürsten der Walze 44 oder der Walze 62, je nach
der Stellung des Schaltradrelais 65. Zum Drehen der Walze 65 dient ein Schaltrad
77 mit Federklinke 78, däe durch einen Anker 79 und eine Spule 8o zu bewegen ist,
welch letztere an die Leitungen 15, 14 über den Druckknopfschalter 57 angeschlossen
sein kann. Wird die Spule 8o erregt, so bewegt sich der Anker 79 nach links, und
die Klinke 78 trifft auf einen Zahn des Schaltrades 77, während bei Stromloswerden
der Spule 8o die Klinke 78 nach rechts bewegt wird; dadurch wird die Schaltwalze
des Relais 65 gedreht, um die Bürsten 75, 76 zum Kontakt mit den Belägen 70 oder
72 zu bringen.
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Um zu verhindern, daß die Einrichtung sofort nach Schließen der Schalter
17 anläuft, so daß die Kathoden der Rohre 24, 25, 34 41 auf Betriebstemperatur beheizt
werden, ist im Anodenstromkreis des Anlaßrohres 3i ein Zeitverzögerungsrelais 81
vorgesehen. Es wird aus, den Leitungen 14, 15 erregt, sobald die Schalter
17 geschlossen werden.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 fehlt die Batterie 34, die
gemäß Fig. i zum Anlegen eines negativen Potentials an die Gitter 32, 33 der Steuerrohre
24, 25 dient, und dieses Potential wird in Fig.2 unmittelbar von dem veränderbaren
Widerstand 54 abgenommen. Außerdem wird an Stelle der Batterie 36, 53 der Fig. i
ein Transformator 82 benutzt, um das erforderliche Gleichstrompotential zum Betrieb
der Einrichtung durch Trockengleichrichter 83, 84 zu liefern. Parallel zur Sekundärwicklung
des Transformators liegen die Kondensatoren 85, 86, 87 zur Glätturig des über die
Gleichrichter 83, 84 entnommenen Gleichstroms.
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Sobald die Schalter 17 geschlossen sind, wird das Zeitrelais
81 erregt, und nach Ablauf der durch dieses Relais bestimmten Zeitverzögerung werden
seine Kontaktstücke geschlossen, und .damit wird der Regelstromkreis betriebsbereit
gemacht. Ist das Schweißgut in die richtige Lage zwischen die Schweißelektroden
13 gebracht, so drückt der Arbeiter den Druckknopfschalter 57 ein, erregt dadurch
das Steuerrelais.58 und legt ein positives Potential an die Kathode des Anlaßrohres
31. Gleichzeitig wird die Wicklung 8o für das Relais 65 erregt, dann treten die
Stromrichter i8, ig in Wirkung, und ihre Arbeitsdauer hängt ab von der Stellung
der Bürste 48 und der Zeit, :in der der Kontakt47 auf diese Bürste48 trifft, sowie
von der Zeit, die der Kontakt 47 braucht, "um auf die Bürste 49 zu treffen. Dann
gibt der Arbeiter den Schalter 57 frei und regelt die Einstellung dcs Schweißgutes
zwischen den Elektroden 13 für die nächste Schweißurig. Für diese wird der Schalter
57 von neuem geschlossen. Da zuvor das Schaltrelass 65 in Wirkung getreten ist,
kommen nunmehr die Beläge 70, 72 der Walzensegmente 66, 68 mit den Bürsten 75, 76
in Kontakt und verbinden die Gitter 5 i, 52 mit den Bürsten 63 bzw. 64 am Walzenschalter
62. Die Bürste 63 kann um genau iSo elektrische Grade gegen die Bürste 48 versetzt
sein, so daß für jede folgende Schweißurig die folgende positive oder negative Stromwelle
zuerst an den Schweißtransformator io gelegt wird, statt daß dauernd entweder eine
positive oder eine negative Halbwelle bei Beginn der Schweißurig zugeführt wird.
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Statt die Bürsten 48, 63, wie erwähnt, um i8o elektrische Grade gegeneinander
versetzt einzustellen, kann man ihren Abstand aber auch abweichend davon so bemessen,
daß aufeinanderfolgende Schweißurigen verschieden lange Dauer haben, so @daß also
für eine Schweißurig wenig Energie, für die folgende hingegen mehr Energie aufgewandt
wird, sei es, um es am selben Punkt des Schweißgutes anzuwenden oder an aufeinanderfolgenden
Stellen bei Nahtschweißung. Durch geeignete Einstellung :der Bürsten 48, 63 gegenein
arider kann man auch vorteilhaft die unsymmetrischen Stromschleifen ausnutzen, die
sich in der Wellenform des Laststromes infolge-der Phasenverschiebung von Strom
und Spannung ergeben, um eine ungleichmäßige Erwärmung für aufeinanderfolgende Schweißurigen
zu erreichen.
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Das in. Fi.g. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im allgemeinen
.denen nach Fig.iund2; hier ist aber auch der Vorschub für das Schweißgut dargestellt.
Das Schweißgut go wird nämlich den Schweißelektroden 13 durch Walzen gi zugeführt,
die .durch einen aus den Leitungen 14, 15
erregten Synchronmmotor g2 angetrieben
werden. Zum Beispiel besteht das Schweißgut aus zwei dünnen Blechstreifen, die durch
eine Reihe Punkt schweißurigen vereinigt werden sollen; statt dessen kann natürlich
aber auch Schweißgut anderer Form bearbeitet werden, und ebenso kann man sich einer
anderen Vorschubvorrichtung bedienen, z. B. einer solchen, die das Schweißgut schrittweise
den Elektroden 13 zubringt.
In. Fig. 3 wird die Wirkung des Anlaßroh.res
31 durch ein Zeitmeßrohr 93 geregelt statt durch den Synchronmotor 5ö und den Walzenschalter
44, die in Fig. i und 2 angegeben sind. Das Rohr 93 hat eine Glühkathode und ist
mit einem Phasenschieberkreis 94 für das Gitter 95 verbunden, der aus. einem einstellbaren
Widerstand 96 und einem regelbaren Kondensator 95 besteht. Dieser Kreis ist über
einen Transformator 98 an dieselbe Wechselstromquelle angeschlossen, die auch die
Anode und die Kathode des Röhren 93 speist. Den Wechselstrom für das. Zeitmeßrohr
93 liefert eine Wicklung ioi eines Mehrwicklüngstransformators io2 über Leitungen
103, 104, 105, io6, und die Verbindung der Leitungen io5 und io6 mit den
Leitern 103, 104 kann durch ein Relais 107 umgesteuert werden, was im folgenden
näher erläutert wird.
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Der Ausgang des Zeitmeßrohres 93 liegt an einem Stromkreis, der einen
Widerstand 107 und eine Wicklung 1o9 eines Transformators iio mit schnell zu sättigendem
Kern umfaßt. Die Sekundärwicklung i i i dieses Transformators ist mit dem Gitter
51 des Anlaßrohres 31 über eine Batterie 112 verbunden, die in der Regel ein negatives
Potential auf das Gitter 51 gibt. Das Ums:teuerrela.is. 107
ändert den Anschluß
der Wechselstromquelle an das- Rohr 93 so, daß die Stromrichter 18, i9 abwechselnd
in positiven oder negativen Halbwellen angelassen werden können. Zur Überwachung
des Umstenerrelais 107 dienen Relais 114, 115, 116. Die für die Relais notwendige
Energie wird von einem Vollweggleichrichter 117 geliefert, vorzugsweise Trockengleichrichter,
der in bekannter Schaltung an einer Wicklung 118 des Transformators ioä liegt. Eine
ähnliche Gleichrichteranordn.ung iig ist mit der Wicklung ioi des Transformators
verbunden und liefert das notwendige Gleichstrompotential zum Betrieb des Anlaßrohres
31 und des Ausschaltrohres 41 sowie die nötige Spannung für die Steuerrohre 24,
25.
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Damit die ganze Schweißeinrichtung bei Bedienung des Druckknopfschalters
57 selbsttätig arbeitet, ist eine Schaltwalze i2o mit Segmenten -121, 122 -und Bürsten
123, 124 vorgesehen. Das Segment 121 hat einen Belag 125, der die Bürsten 123; 124
überbrückt, um den Stromkreis des Steuerschalters 57 zu schließen. Die Schaltwalze
i2o wird durch einen Synchronmotor 126 angetrieben, der an den Leiturigen 14, 15
liegt. Mit Hilfe dieser Anordnung wird die Zeit der Stromzufuhr zum Schweißgut 9o
zwecks Durchführung einer Schweißung synchronisiert mit der Vorschubgeschwindigkeit
des Schweißgutes zwischen den Elektroden 13. Die gesamte Regelung der Einrichtung
wird also dem Belieben des Arbeiters entzogen, und dieser braucht nur den Steuerschalter
57 zu bedienen, worauf ein automatischer Betrieb der Einrichtung einsetzt. Mit einer
solchen Einrichtung kann eine vorher bestimmte Anzahl Stromwellen auf die Schweißelektroden
gegeben und dann für eine vorher bestimmte Anzahl von Perioden die Energiezufuhr
unterbrochen werden. Diese genaue Bemessung der Energie kann im übrigen durch verschiedene
Bemessung der Segmente des Walzenschalters i2o verändert werden.
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Statt zwei Synchronmotoren 92, z26 für den Vorschub des Schweißgutes
9o und für die Regelung des Relais 114 zu benutzen, kann man auch sowohl die Vorschubwalzengi
als den Walzenschalter 120 durch einen gemeinsamen mechanischen Antrieb steuern
und braucht die notwendige Energie nicht immer den Leitungen 14, 15 zu entnehmen.
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Zum Betrieb der Vorrichtung werden Schalter 17 geschlossen und dadurch
die Synchronmotoren 92, i26 angelassen sowie die Kathoden der verschiedenen Rohre
der Steuereinrichtung erregt. Nachdem die durch die Einstellung des Zeitrelais 81
bestimmte Zeit verstrichen ist, schließen sich die Kontakte dieses Relais, und die
Einrichtung ist betriebsbereit. Das Schweißgut 9o wird nun zwischen die Walzen 91
eingeführt und den Elektroden 13 zugebracht; dann schließt der Arbeiter den Steuerschalter
57, und das Relais 114 wird erregt. Sein Stromkreis verläuft vom positiven Leiter
130 über die Leitung 131, das Kontaktsegment 121, die Leitung 132, die Kontaktstücke
133 des Steuerschalters 57, die Relaiswicklung 114 und die Leitung 134 nach dem
negativ erregten Leiter 135. Infolge der Erregung des Relais 114 schließen die Kontakte
114, den Stromkreis für die Anode des Anlaßrohres 34 und nun steht die Einrichtung
unter dem Einfluß des Zeitmeßrohres 93.
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Der Phasenverschiebungskreis 94 wird mittels des Regelwiderstandes
96 und des Kondensators 97 so eingestellt, daß das Anlaßrohr 31 im gewünschten Punkt
der Periode der Wechselstromquelle leitend wird. Zur Erläuterung der Wirkung des
Phasenverschiebungskreises 94 dient Fig. 5, worin die Kurve ep die Spannung darstellt,
die an das Gitter 95 des Zeitmeßrohres 93 angelegt wird. Wie ersichtlich ist, kann
durch Einstellen des Widerstandes 96 und des Kondensators 97 die Phasenlage der
Kurven ep und e, beliebig geändert werden. Die Kurve e, gibt die kritische Gitterspannung
an, die, wenn sie im positiven Sinne überschritten wird, das Zeitmeß<rohr 93
stromleitend macht. Dies geschieht in der Zeit t1, und dann fließt Strom durch die
Primärwicklung iog des Transformators 110. Da der Kern dieses Transformators schnell
gesättigt ist, tritt in seiner Sekundärwicklung z i i eine Spannungsspitze es auf,
die dem Gitter 5 i zugeführt wird. Ihr Spitzenwert reicht aus, das negative Potential
der Batterie 112 zu überwinden und das Gitter 51 positiv aufzuladen, so daß das
Anlaßroh:r 31 stromdurchlässig wird. Dieses. Rohr ist also nur für eine t1 entsprechende
Zeit leitend. Sobald das Anlaßrohr 31 stromdurchlässig ist, erhalten die Steuerrohre
24, 25 ein positives Potential und arbeiten dann, wie oben beschrieben worden ist.
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Zur Abschaltung der Steuerrohre 24, 25 durch das Rohr 41 und dementsprechend
zur Sperrung der Stromrichter i8, i9 wird das Gitter 52 des Rohres 41 von der Batterie
14o negativ beaufschlagt. Ein einstellbarer Widerstand 141 und ein regelbarer Kondensator
142 liegen in Reihe zueinander parallel zur Anode und Kathode des
Schaltrohres
41.. Solange ein genügend negatives Potential am Gitter 52 liegt, führt das Schaltrohr
41 keinen Strom, ist jedoch das Rohr 31 leitend geworden, so wird ein positives
Potential auf den Leiter 143 gegeben, und der Kondensator 142 wird dann sogleich
über den Regelwiderstand 141 positiv aufgeladen. Seine Ladezeit hängt ab von der
Höhe des Widerstandes 141 und der Kapazität des Kondensators 142. Infolge des Bestehens
eines positiven Potentials im Leiter 143 nimmt der Kondensator 142 schließlich eine
genügend große positive Ladung auf, um das negative Potential, das von der Batterie
i4o auf das Gitter 52 gegeben wird, zu überwinden, und dann wird das Schaltrohr
4i leitend; die Steuerrohre 24, 25 hingegen werden dann nichtleitend.
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Infdlge. der fortgesetzten Drehung der Schaltwalze 120 wird schließlich
das Steuerrelais 114 entregt, und die Rohre 31, 41 werden nach Vollendung einer
einzigen Schweißung undurchlässig.
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Die Umsteuerung der Anschlüsse am Zeitmeßrohr 93 durch das Relais
107 und die Relais 116, 115 geschieht in folgender Weise: Bei Erregung des
Relais 114 wird über dessen Kontakte 1141, der Stromkreis zur Erregung des Relais
113 geschlossen. Er verläuft von dem positiv erregten Leiter 130 über die Leitung
45, die Kontakte 116a, die Leitung 146, die Kontakte 114v, die Leitung 147, die
Kontakte 116r" die Leitung 148, die Spule des Relais 115 und den Widerstand 149
zum negativ aufgeladenen Leiter 135. Bei Entregung des Relais 114 wird das Relais
116. erregt über einen Stromkreis, der folgernden Verlauf hat: Vom Leiter 13o über
die Leitung 150, die Relaisspule 116, die Leitung 151, die Kontakte 115, und II5b
und die Relaisspule 115 zum Leiter 135.
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Bei Erregung des Relais 116 wird ein Stromkreis zur Erregung des Relais
io7 geschlossen, der vom Leiter i3o über die Leitung 152, die Kontakte 116"
die Leitung 153, die Spule des Relais io7 zum Leiter 135 geht. Infolge Erregung
des Umsteuerrelais 1o7 wird die Leitung 103 an die Leitung 105 angeschlossen, und
die Leitung 104 wird mit der Leitung io@ über die Kontakte des Umsteuerre'lais io7
verbunden. Bei Entregung - des Relais 114 bleiben die Relais 115 und 116 erregt
und halten deshalb auch das Umsteuerrelais 107
erregt. Bei der folgenden Betätigung
des Steuerrelais 114 wird das Relais 115 kurzgeschlossen über einen Stromkreis,
der von einer Klemme der Relaisspule 115 über die Leitung 155, die Kontakte 116d,
die Leitung 146, die Kontakte 114b, die Leitung 147, die Kontakte 115b zur anderen
Klemme der Relaisspule 115 verläuft. Das. Relais 115 wird damit entregt, und seine
Kontakte 115" und ii5b werden geöffnet.
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Das Relais 116 wird über einen Stromkreis erregt gehalten, der von
der Leitung 130 über die Leitung 15o, die Relaisspule 116, die Kontakte 1-16e,
die Leitung 147, die Kontakte 114b, die Leitung 146, die Kontakte 116d, die Leitung
115 und den Widerstand 149 zur Leitung 135 geht. . Sobald das Steuerrelais 114 entregt
ist, wird auch das Relais 116 entregt und infolgedessen das Umsteuerrelais 107 unwirksam
gemacht.
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Solange der Arbeiter den Steuerschalter 57 geschlossen hält, wiederholen
sich die vorstehend beschriebenen Vorgänge, und das Z.eitmeßrohr93 wird alternativ
durch das Umsteuerrelais 107 erregt im Einklang mit -der Einstellung des
Phasenverschiebungskreises 94.
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Statt der vorstehend erläuterten Relaisgruppe kann man natürlich auch
andere Mittel zur Beeinflussung des Umsteuerrelais benutzen.
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Gemäß Fig.4 wird die Umsteuerung des Wechselstrompotentials, das dem
Zeitmeßrohr 93 aufgedrückt wird, durch einen Walzenschalter 16o vermittelt, der
Kontaktsegmente 161, 162 hat, die voneinander durch Isolierung 163 getrennt sind.
Die Regelung der Stromzufuhr zur Anode des Anlaßrohres 31 erfolgt mittels eines
zweiten Walzenschalters 164 mit Kontaktsegmenten 165, 166 und isolierenden Segmenten
167. Die Walzenschalter 16o und 164 sind auf einer Welle 168 gelagert, die über
Reduziergetriebe 169 durch einen in seiner Geschwindigkeit regelbaren Motor 18o
anzutreiben ist, der aus der Sekundärwicklung 118 zu speisen und dessen Geschwindigkeit
durch einen Regelwiderstand 181 zu verändern ist. Auch der Vorschub des Schweißgutes
9o kann durch einen Motor 182 erfolgen, dessen Geschwindigkeit nach Belieben durch
einen Regelwiderstand 183 zu verändern ist. Das Wechselstrompotential der Wicklung
i 18 wird den( Kontaktsegmenten 161 und 162 durch Schleifringe 171 und 172 aufgedrückt,
die auf der Welle 168 gelagert sind. Auf den Kontaktsegmenten 161 und 162 laufen
Bürsten 173 und 17q., wodurch die Leitungen 1o5 und io6 wechselweise an .entgegengesetzten
Klemmen der Wicklung 118 angeschlossen werden können, um das Wechselstrompotential
für jede Schweißung um i8o elektrische Grade gegen die Lage versetzt, in der es
für den vorhergegangenen Schweißvorgang übertragen wurde, auf das Zeitmeßrohr 93
zu geben.
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Bürsten 175 und 176 liegen im Anodenkreis des Anlaßrohres 31,, um
den von der Gleichstromquelle zig zur Anode des Rohres 31 führenden Stromkreis zu
schließen. Die Länge der Kontaktsegmente 165 und 166 kann im Verhältnis zur Länge
der Isoliersegmente 167 beliebig so verändert werden, daß eine bestimmte Zeit zwischen
den einzelnen Schweißungen verstreicht. Der Stromkreis 94 kann so eingestellt werden,
daß er im voraus- genau die Zeit innerhalb einer besonderen Halbwelle bestimmt,
in der das Zeitmeßrohr 93 leitend wird und infolgedessen- das richtige Erregerpotentiä1
auf das Gitter 51 des Anlaßrohres 31 gegeben wird, um dieses stromdurchlässig zu
machen. Ist letzteres .erfolgt, so fließt Strom durch -die Widerstände 37, 38 von
der Gleichstromquelle i i9 in die Leitung 43, wodurch die Steuerrohre 24, 25 leitend
werden und außerdem -die Stromrichter 18, i9. Zur selben Zeit, wenn das Anlaßrohr
31 stromdurchlässig wird, beginnt auch die Aufladung des
einstellbaren
Kondensators i42 in Abhängigkeit vom einstellbaren Widerstand 141 und der Kapazität
des Kondensators z42, so daß das. Gitter 52 des Ausschaltrohres 4i ein Erregerpotential
nach einer vorausbestimmbaren Zeit nach Stromdurchlässigwerden des Anlaßrohres 31
erhält. Leitet das Ausschaltrohr 41, so wird der Widerstand 38 kurzgeschlossen,
da der Leitung 143 die Spannung genommen wird.
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Der Phasenverschiebungskreis 94 kann also so eingestellt werden, daß
genau die Zeit innerhalb einer Halbwelle bestimmt wird, in welcher die Stromrichter
18, i9 stromdurchlässig werden, und der den Regelwiderstand 141 und den Kondensator
r42 einschließende Stromkreis bestimmt .den Zeitraum, während dessen die Stromrichter
18, i9 stromdurchlässig bleiben, während der Walzenschalter 164 die Anzahl der Perioden
bestimmt, während welcher die Stromrichter 18, i9 keinen Strom führen.
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Beim Betrieb dieser Einrichtung werden zunächst die Schalter
17 eingelegt, und,das Schweißgut 9o wird zwischen: die Schweißelektroden
13 eingeführt; dann schließt der Arbeiter den Schalter 57 und damit den Stromkreis
von der Gleichstromquelle iig zur Kathode des Anlaßrohres 31
über die Kontaktsegmente
165 oder 166, je nachdem, welcher von ihnen durch die Bürsten 175, 176 überbrückt
ist. Tritt nun der Zeitpunkt ein, für den der Stromkreis 94 eingestellt ist, so
wird das Zeitmeßrohr 93 leitend und setzt das Anlaßrohr 3i in Betrieb, und die Steuerrohre
24, 25 schalten die Stromrichter 18, i9 ein. Bei fortgesetzter Drehung des Walzenschalters
164 bei geschlossenem Schalter 57 laufen die Bürsten 175 und 176 über das
Isoliersegment 167 und öffnen dadurch den Stromkreis des Anlaßrohres 3i. Die Zeit,
während der dieser Stromkreis offen bleibt, ist eine Funktion der Zeit, die notwendig
ist, bis die Bürsten 175 und 176 wieder überbrückt werden, und diese Zeit kann,
wie erwähnt, durch bestimmte Bemessung der Isoliersegmente 167 gewählt werden; sie
ist im übrigen: regelbar mit Hilfe des Reduziergetriebes 169, da dadurch der Walzenschalter
164 mit größerer oder kleinerer Geschwindigkeit zu betreiben ist, und dann kann
auch durch Ändern des Regelwiderstandes 181 geregelt werden.
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Werden die Bürsten 175 und 176 wieder durch das Kontaktsegment
165 überbrückt, so ist die Gleichstromquelle i i9 mit der Anode des Anlaßrohres
3 i verbunden, so daß dieses leitend werden kann, abhängig vom Betrieb des Zeitmeßrohres
93. Die Verbindung der Wechselstromquelle 118 mit den Leitungen io5 und io6 wird
umgesteuert, so daß die Stromrichter 18, ig bei der folgenden positiven oder negativen
Halbwelle stromdurchlässig werden, je nachdem, ob der eine oder der andere von ihnen;
zuvor in einer negativen oder positiven Halbwelle gezündet war.
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Bei den dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Walzenschalter
16o und 164 von dem Motor i8o mit regelbarer Geschwindigkeit anzutreiben, sie könnten
aber auch mit dem Motor 182 gekuppelt sein, und an Stelle der Motoren igo oder 182
könnte man natürlich auch andere Antriebsmittel wählen.