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Einrichtung zur Steuerung einer Punktschweißmaschine mit Hilfe von
steuerbaren Lichtbogenentladungsgefäßen Es sind Steuerungseinrichtungen für Punktschweißmaschinen
bekanntgeworden, bei denen der Schweißstrom während eines Schweißpunktes nach einem
vorbestimmten Programm geändert, also nicht nur ein- und ausgeschaltet wird. Von
besonderer Bedeutung ist diese Art der Schweißmaschinensteuerung für solche Schweißmaschinen,
die über steuerbare Lichtbogenentladungsstrecken, beispielsweise gittergesteuerte
Quecksilberdampfentladungsgefäße, in gegensinniger Parallelschaltung an ein Wechselstromnetz
angeschlossen sind. Für die Lösung des Problems der Programmsteuerung einer Punktschweißmaschine
sind verschiedene Ausführungsformen von Steuerungseinrichtungen für Entladungsgefäße
vorgeschlagen worden. Einer dieser Vorschläge, der sich in der Praxis gut bewährt
hat, besteht darin, daB der Aussteuerungsgrad der steuerbaren Entladungsstrecken
mit Hilfe von lichtelektrischen Zellen verändert wird. Diese sehr genaue Steuerung
erfordert jedoch einen ziemlich großen Aufwand.
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Eine einfachere, bekannte Steuerungseinrichtung arbeitet so, daß die
Gesamtdauer eines Schweißpunktes in eine Anzahl von Teilabschnitten (Impulsen) gleichbleibender
Dauer unterteilt ist, in denen der Schweißstrom unverändert bleibt. Er ist jedoch
in den einzelnen Teilabschnitten einstellbar, und zwar durch Einschaltung von Vorwiderständen
oder
Drosseln. Die Bestimmung der Impulsfolge erfolgt durch Modulatoren, so daß Änderungen
der Impulsdauer innerhalb eines Schweißpunktes praktisch nicht möglich und auch
nicht vorgesehen sind. Die Pausendauer kann nur in groben Stufen durch Auslassen
einzelner Impulse beeinflußt werden. Die Steuerung besitzt also nur eine sehr beschränkte
Anpassungsfähigkeit.
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Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß in vielen Fällen die
an eine Punktschweißung mit Stromprogrammsteuerung zu stellenden Anforderungen genügend
gut erfüllt werden können, wenn das Programm die in Fig. i dargestellte Form hat.
In Abhängigkeit von der Zeit t wird auch bei diesem Programm der Schweißstrom i
derart geändert, daß er in den Zeitabschnitten t1 und t3 unverändert bleibt, während
er in dem Zeitabschnitt t2 gleich Null ist. Die Amplitude des Schweißstromes im
Zeitabschnitt t1 ist dabei größer, beispielsweise doppelt so groß wie die Amplitude
des Stromes im Zeitabschnitt t3. In Fig. 2 sind weitere nach dein gleichen Grundsatz
aufgebaute Stromprogramme dargestellt, bei denen sich der Schweißstrom i in ähnlicher
Form in Abhängigkeit von der Zeit t ändert wie in dem Beispiel der Fig. i. In jedem
Fall ist die Gesamtdauer eines Schweißpunktes in eine geringe Anzahl von Teilabschnitten
unterteilt, wobei in den einzelnenTeilabschnitten der Schweißstrom unverändert bleibt,
jedoch auch die Dauer der einzelnen Teilabschnitte betriebsmäßig gesteuert wird.
Dadurch ergeben sich vielfältige Möglichkeiten für eine dosierte Energiezufuhr.
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Es ist nun bei Punktnahtschweißeinrichtungen bekannt, zur Bestimmung
der Dauer und Höhe des Arbeits- und Pausenstromes, und zwar auch unabhängig voneinander,
elektronische Steuersätze zu verwenden. Der Schweißstrom wird hierbei von Entladungsstrecken
geschaltet, dessen Aussteuerungsgrad durch Überlagerung von Steuerimpulsen auf eine
konstante negative Sperrspannung im Gitterkreis geändert wird. Derartige Steuersätze
sind gut geeignet, die oben beschriebenen Programme mit mehreren Impulsen je Schweißpunkt
zu erzeugen, jedoch müssen sie entsprechend der anderen Aufgabenstellung ausgebildet
sein, da ja beim Punktnahtschweißen die Grundfrequenz der Impulse durch die Vorschubgeschwindigkeit
des Werkstückes gegeben ist, während im vorliegenden Falle die Aufeinanderfolge
der Impulse vom gewünschten Programm vorgeschrieben wird.
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Gegenstand der Erfindung ist demnach eine Steuerungseinrichtung für
das Widerstandspunktschweißen mit mehreren Impulsen je Schweißpunkt, deren Dauer
und Amplitude abschnittsweise einstellbar sind, unter Verwendung von Entladungsstrecken
zur Schaltung des Schweißstromes und einer konstanten negativen Sperrspannung im
Gitterkreis der Entladungsstrecken, der eine positive Gleichspannung überlagert
ist. Kennzeichnend für die Erfindung ist, daß die Gleichspannung durch in Reihe
und/oder parallel geschalteteWiderstände einer Widerstandskombination veränderbar
ist, deren Schalturig von gittergesteuerten Hilfsentladungsgefäßen beeinflußt wird,
die ihrerseits in Verbindung mit den die Dauer der einzelnen Teilabschnitte bestimmenden
Zeitsteuerkreisen stehen.
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In Fig.3 ist eine Steuerungseinrichtung nach der Erfindung dargestellt,
welche den Schweißstrom entsprechend dem Programm der Fig. i ändert. Wesentlicher
Bestandteil der Steuerschaltung sind Hilfsentladungsgefäße i bis q., durch die Widerstände
R2 bis R5 an eine Gleichstromquelle amgeschlossen bzw. kurzgeschlossen werden können.
Als Hilfsentladungsgefäße werden zweckmäßig gittergesteuerte Quecksilberdampfentladungsgefäße
mit Glühkathode verwendet. Jedes der Entladungsgefäße besitzt einen Steuerkreis
mit einem Kondensator C und einem gegebenenfalls regelbaren Widerstand W, der die
Dauer der Aufladung des Kondensators bestimmt. Der Kondensator liegt jeweils zwischen
Gitter und Kathode des betreffenden Entladungsgefäßes in Reihe mit einer negativen
Sperrspannungsquelle P und einem eine Spannung spitzer Wellenform erzeugenden Gittertransformator
T, der den genauen Zündzeitpunkt bestimmt. Ein Schalter S dient zum Einschalten
der ganzen Steuerungseinrichtung.
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Im Gitterkreis der die Schweißmaschine steuernden Hauptentladungsstrecken
E liegen drei verschiedene Steuerspannungen: eine negative Sperrspannung N, eine
in positiver Richtung wirkende Gleichspannung, welche an den beiden Widerständen
R2 und R4 abgegriffen wird, und eine Wechselspannung spitzer Wellenform, die einem
Gittertransformator Z entnommen wird. Die drei Steuerspannungen werden in bekannter
Weise unter Zwischenschaltung eines Hilfstransformators H einerseits den beiden
Kathoden K1 und K2 und andererseits den Gittern G1 und G2 der Entladungsgefäße E
zugeführt.
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Die Wirkungsweise der Schaltung der Fig. 3 ergibt sich aus dem Diagramm
der Fig. q.. Zu Beginn des Zeitabschnittes to wird der Schalter S eingelegt und
der Ladestromkreis des Gitterkondensators des Entladungsgefäßes i eingeschaltet.
Nach Ablauf einer durch den zugehörigen Widerstand W bestimmten Zeit zündet das
Entladungsgefäß i und schaltet die Widerstände R2 bis R5 an die Gleichspannungsquelle.
Die Entladungsgefäße E erhalten eine positive Steuerspannung, welche ausreicht,
um die Zündgrenze zu überschreiten. Es beginnt der Zeitabschnitt t1, dessen Dauer
durch den Steuerkreis des Hilfsentladungsgefäßes 2 bestimmt wird. Während dieses
Zeitabschnittes werden die Entladungsgefäße E voll ausgesteuert; denn die positive
Gleichspannung der Widerstände R2 und R4 ist so groß, daß die ihr überlagerten Spannungen
spitzer Wellenform auf den Zündzeitpunkt keinen Einfluß haben. Am Ende des Zeitabschnittes
t1 zündet das Entladungsgefäß :2 und schließt den Widerstand R2 kurz. Im Gitterkreis
der Entladungsgefäße E wirkt nur noch die Spannung des Widerstandes R4, die so klein
ist, daß in dem jetzt folgenden Zeitabschnitt t2 die Entladungsgefäße E nicht gezündet
werden, der Schweißstrom also gleich Null ist. Während des Zeitabschnittes t2
wird
der Steuerkondensator des Entladungsgefäßes 3 allmählich aufgeladen. Am Ende dieses
Zeitabschnittes bzw. zu Beginn des nächsten Zeitabschnittes t. zündet das Entladungsgefäß
3 und schließt den Widerstand R3 kurz. Dadurch steigt der Strom, der die noch eingeschalteten
Widerstände R4 und RS durchfließt, so weit an, daß die positive Steuerspannung im
Gitterkreis der Entladungsgefäße E wieder größer wird, und zwar so groß, daß die
überlagerten Spannungen spitzer Wellenform gerade die Zündgrenze der Entladungsgefäße
überschreiten. In diesem Zeitabschnitt bestimmen somit diese Spannungsspitzen den
Zündzeitpunkt, und die Größe des Schweißstromes hängt von deren Phasenlage ab. Nach
Ablauf der Ladedauer des Steuerkondensators C des letzten Entladungsgefäßes q. wird
auch der Widerstand R,4 kurzgeschlossen. Im Gitterkreis der Entladungsgefäße E wirkt
jetzt nur noch die Summe der Spannungsabfälle der beiden Entladungsgefäße 2 und
q.. Der Schweißstrom ist wieder gleich Null. Am Ende des Schweißvorganges wird der
Schalter S geöffnet, und dadurch werden die Entladungsgefäße i bis q. ausgeschaltet.
Vor Beginn des nächsten Schweißvorganges müssen die Steuerkondensatoren C der Hilfsentladungsgefäße
i bis 4. durch die in der Schaltung angegebenen Hilfsschalter überbrückt und dadurch
entladen werden.
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In Fig. 5 ist eine Steuerschaltung dargestellt, die mit etwas anderen
Mitteln arbeitet, im übrigen aber auch zu einem Steuerungsdiagramm führt, wie es
in Fig. q. dargestellt ist. Wesentlicher Bestandteil der Steuerschaltung der Fig.5
sind wiederum Hilfsentladungsgefäße io, 20, 30 und4o, welche nacheinander
gezündet werden. Zum Unterschied gegenüber der Schaltung der Fig. 3 sind je zwei
dieser Entladungsgefäße, und zwar die Entladungsgefäße io und 20 bzw.
30 und 40, untereinander nach Art einer Wechselrichterschaltung verbunden.
Zwischen ihren Kathoden liegen Löschkondensatoren CL, durch die das jeweils brennende
Entladungsgefäß beim Zünden des folgenden Entladungsgefäßes gelöscht wird. Der Zeitpunkt
der Zündung wird ebenso wie bei der Schaltung der Fig. 3 durch Gitterkondensatoren
C bestimmt, welche über gegebenenfalls regelbare Widerstände W aufgeladen werden.
Außerdem sind auch hier in den Gitterkreis der einzelnen Hilfsentladungsgefäße Transformatoren
T geschaltet, die eine Spannung spitzer Wellenform erzeugen und dadurch den genauen
Zündzeitpunkt im Synchronismus mit der die Hauptentladungsgefäße speisenden Wechselspannung
festlegen. Die ganze Steuerschaltung wird durch einen Schalter S in Betrieb gesetzt.
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Die Wirkungsweise ist folgende: Beim Einschalten des Schalters S zu
Beginn des Zeitabschnittes to beginnt die Aufladung des Gitterkondensators C des
Hilfsentladungsgefäßes io. Am Ende dieses Zeitabschnittes wird das Entladungsgefäß
io gezündet und den Hauptentladungsgefäßen eine die Zündgrenze überschreitende positive
Steuerspannung zugeführt. Gleichzeitig mit der Zündung des Hilfsentladungsgefäßes
io beginnt die Aufladung des Gitterkondensators C des Hilfsentladungsgefäßes 20.
Sobald dieses Entladungsgefäß zündet, d. h. am Ende des Zeitabschnittes ti bzw.
am Anfang des Abschnittes t2 (Fig..I), wird das Entladungsgefäß io gelöscht, und
die Steuerspannung der Hauptentladungsgefäße sinkt so weit, daß der Schweißstrom
gleich Null wird. Der Steuerungsablauf für die beiden Hilfsentladungsgefäße 3o und
q.o entspricht dem der Entladungsgefäße io und 20. Nach Beendigung des Schweißvorganges
wird der Schalter S geöffnet, und die Steuerkondensatoren C der Entladungsgefäße
io bis 40 werden entladen, Die Steuerschaltung steht jetzt für den nächsten Schweißpunkt
zur Verfügung.
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In dem Diagramm der Fig.6 ist eine weitere Steuerungsanordnung dargestellt.
Das wesentliche Kennzeichen dieser Steuerungsanordnung besteht darin, daß im Gitterkreis
der Entladungsgefäße zwei Spannungen spitzer Wellenform wirksam sind, von denen
die eine Spannung der anderen in der Phase voreilt und die voreilende eine kleinere
Amplitude hat als die nacheilende. Das Diagramm zeigt, daß durch entsprechende Bemessung
der positiven Gleichspannung, der die Spannungen spitzer Wellenform überlagert sind,
erreicht werden kann, daß entweder die voreilende kleinere oder die nacheilende
größere Spannung spitzer Wellenform den Zündzeitpunkt bestimmt.
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Durch sinngemäße Abwandlung der beschriebenen Steuerungsanordnungen
können an Stelle des Stromprogramms der Fig. i die in Fig. 2 dargestellten Stromprogramme
erreicht werden. In jedem Fall kommt es darauf an, daß die Gesamtzeit eines Schweißpunktes
in eine verhältnismäßig kleine Anzahl von Zeitabschnitten unterteilt wird und daß
in diesen Zeitabschnitten der Aussteuerungsgrad der Entladungsstrecken, über die
die Schweißmaschine gespeist wird, unverändert bleibt. Die Programmsteuerung liegt
darin, daß in den einzelnen Teilabschnitten verschiedene Grade der Aussteuerung
eingestellt werden und daß die Dauer der einzelnen Zeitabschnitte verschieden groß
gemacht wird. ,