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Schaltanordnung zum Steuern des Stromverlaufes während der Einschaltdauer
des Schweißstromes bei Widerstandsschweißmaschinen mit zündstiftgesteuerten Entladungsgefäßen,
die über gittergesteuerte Glühkathodenröhren gezündet werden Es ist bekannt, Widerstandsschweißmaschinen
für Punkt- und Nahtschweißung über gegensinnig parallel geschaltete einanodige Entladungsstrecken
an das Netz anzuschließen, wobei der Zündeinsatz der Gefäße die Einschaltzeit der
Schweißmaschine bestimmt. Jede Halbwelle des Wechselstromes wird dabei von einem
der Gefäße geführt. Als Entladungsgefäß können normale Stromrichter mit ständig
brennender Erregung und Gittersteuerung Verwendung finden. Es können aber auch zündstiftgesteuerte
Entladungsgefäße, sogenannte Ignitrons, zur Anwendung kommen. Es sind bereits Schweißmaschinen
vorgeschlagen worden, bei denen die Schaltanordnung so getroffen ist, daß ganze
Perioden des Wechselstromes ein-bzw. ausgeschaltet sind, so daß ein vorher festgelegtes
Verhältnis von Schweißzeit zu Schweißpause erreicht wird. Zu diesem Zweck sind zum
Speisen des Schweißstromkreises zwei zündstiftgesteuerte Entladungsgefäße vorgesehen,
die über gittergesteuerte Glühkathodenröhren gezündet werden. Bei dieser Anordnung
wird die Primärwicklung eines die Gitter der Glühkathodenröhren speisenden Steuertransformators
jeweils so lange
kurzgeschlossen, als die Einrichtung gesperrt bleiben
soll, während das Öffnen des Kurzschließkontaktes das Zünden der Glühkathodenrö'hren
und damit das Zünden der Entladungsgefäße bewirkt. Damit jeweils nur ganze Perioden
des Wechselstromes ein-und ausgeschaltet werden, ist der Kurzschließkontakt synchron
zur Netzfrequenz betätigt. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch, daß ein Synchronmotor
ein Kettenrad antreibt, auf dem eine Rollenkette nach Art einer normalen Fahrradkette
läuft. Die Drehzahl des Synchronmotors ist dabei so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit
der Kette so groß ist, daß jeweils ein Kettenglied einer ganzen Periode des Wechselstromes
entspricht. Durch Aufsetzen von Schaltnocken auf die Kette kann nun der Kurzschließkontakt
in der gewünschten Weise betätigt werden. Die Form der Schaltnocken ist dabei so
zu wählen, daß der Kurzschließkontakt eine sinusförmige Bewegung ausführt. Die Anzahl
der hintereinander aufgesetzten Schaltnocken bestimmt bei dieser Anordnung alsdann
die Dauer des Schweißstromflusses, die Anzahl der sich daran anschließenden Kettenräder
ohne Schaltnocken die Länge der Schweißpausen. je nach der Kettenzusammensetzung
läßt sich jedes gewünschte Strom-Pausen-Verhältnis einstellen.
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Zum steten Regeln des Schweißstromes zwischen Null und einem durch
die Maschinendaten gegebenen Höchstwert dienen fernerhin Schaltanordnungen, bei
denen die zur Steuerung des Zündeinsatzes der Entladungsgefäße vorgesehenen Glühkathodenröhren
über einen Dreiwicklungstransformator sinusförmige Gitterspannungsimpulse aus dem
speisenden Netz erhalten. Das speisende Netz liegt jedoch hierbei an dem Transformator
über einem Potentiometer und einem Widerstand. Durch Verändern des Poten:ti-ameterabgriffes
läßt sich der Zündzeitpunkt der Glühkathodenröhren und damit auch der der Entladungsgefäße
gegenüber der Phasenlage der an den Anoden der Entladungsgefäße liegenden Spannung
verschieben. Diese Zündzeitpunktveränderung gestattet ein stetiges Regeln des Schweißstromes
dadurch, daß von den Entladungsgefäßen (Ignitron.s) je nach Stellung des Potentiometers
ganze Halbwellen oder nur Teile derselben durchgelassen werden.
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Es ist auch eine Schaltanordnung bekanntgeworden, in welcher eine
sinusförmige Steuerspannungsquelle und eine konstante Vorspannungsquelle im Gitterkreis
der Steuerröhre hintereinandergeschaltet sind. In dieser Schaltung kann jedoch der
Schweißstrom während der Einschaltzeit nicht gesteuert werden. Weiterhin ist eine
Schaltung bekanntgeworden, bei welcher zwei Steuerspannungen verwendet werden, wobei
sich die Gesamtsteuerspannung aus einer aus einem festen Phasenschieberkreis und
einer aus einem Kondensator entnommenen Spannung zusammensetzt. Hierbei steuert
der Kondensator den Ein- und Ausschaltvorgang sowie die Verzögerung dieser beiden
Schaltvorgänge bei den verschiedenen Schweißarbeitsphasen. Eine solche Anordnung
hat aber erhebliche Nachteile, da die Steuerröhren bereits auf Ausgleichsvorgänge
im Steuerkreis ansprechen und Fehlschaltungen hervorrufen können.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die oben beschriebenen
Nachteile zu. vermeiden und eine Schaltanordnung zu schaffen, die das Steuern bzw.
Beeinflussen des Stromverlaufes während der Einschaltdauer des Schweißstromes bei
Widers:tandsschweißmaschinen mit zündstiftgesteuerten Entladungsgefäßen, die über
gittergesteuerte Glühkathodenröhren gezündet werden, gestattet, wobei zur Vermeidung
von Fehlschaltungen zwei Steuerungen unabhängig voneinander und selbsttätig arbeiten,
also die Schaltvorgänge von .der Programmsteuerung getrennt sind.
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Nach der Erfindung wird dies bei Wi.derstandsschweißmaschinen mit
zündstiftgesteuerten Entladungsgefäßen, die über gittergesteuerte Glühkathodenröhren
unter Verwendung zweier Steuerspannungen gezündet werden, dadurch erreicht, daß
die negative Vorspannung und die überlagerte Steuerspannung für die als Steuerröhren
dienenden Glühkathodenröhren als Steuergröße unabhängig voneinander betätigt werden,
wobei die eine Steuergröße selbsttätig sprunghaft zum Ein- und Ausschalten nach
einem Halbwellenprogramm und die andere Steuergröße in an sich bekannter Weise stetig
bzw. feinstufig im Sinne eines bestimmten Stromprogrammes ebenfalls selbsttätig
verändert werden. In vorteilhafter Weise wird erfindungsgemäß zum Steuern der Spannung
der negativen Vorspannungsquelle in an sich bekannter Weise eine Drosselspule mit
einstellbarem Luftspalt verwendet, die mit dem Speisetransformator der Vorspannungsquelle
in Reihe geschaltet ist. Das Verändern des Luftspaltes der Drossel erfolgt vorteilhaft
durch eine Kurvenscheibe, die synchron mit der Betätigungseinrichtung für die zyklische
Ein-und Ausschaltung der Sch-#veißimpulse bzw. der Schweißpausen, d. h. zum Beispiel
synchron mit der Steuerkette läuft. Weitere vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung
sind im folgenden beschrieben.
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In der Zeichnung ist der Erfindungsgegenstand beispielsweise veranschaulicht,
und zwar zeigt Fig. r die Schaltanordnung nach der Erfindung, Fig. 2 das Zusammenwirken
der erfindungsgemäß veränderbaren negativen Vorspannung mit den Wechselstromimpulsen
des Gitters und Fig. 3 verschiedene Formendes mit der erfindungsgemäßen Schaltanordnung
erzielbaren Schweißstromverlaufes.
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Der Sch-,veißtransformator r einer Schweißmaschine ist über zwei gegensinnig
parallel geschaltete, zündstiftgesteuerte Entladungsgefäße 2 (Ignitrons) an das
Netz angeschlossen. Zur Zündung der Ignitrons dienen gittergesteuerte Glühkathodenröhren
3, die so geschaltet sind, daß in jeder Halbwelle jeweils der Zündstift des betreffenden
Igni.trons einen Zündstromstoß erhält. Die Glühkathodenröhren 3 erhalten über den
Dreiwicklungsspanner 4 sinusförmige Gitterimpulse aus dem Speisenetz über das Potentiometer
5 und den Widerstand 6. Durch Verändern der Einstellung am Potentiometer 5 läßt
sich der Zündzeitpunkt der
Glühkathodenröhren gegenüber der Phasenlage
der an den Anoden der Gefäße 2 liegenden Spannung verschieben. Diese Zündzeitpunktveränderung
ermöglicht ein stetiges Regeln des Schweißstromes, da hierdurch von den Gefäßen
2 je nach Stellung des Potentiometers ganze Halbwellen oder nur Teile derselben
durchgelassen werden.
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Die an den Gittern der Glühkathodenröhren 3 liegenden Wicklungen des
Steuerumspanners4 sind in üblicherweise mit einer Einrichtung? zurErzeugung einer
negativen Vorspannung in Reihe geschaltet. Die Einrichtung 7 wird von einem Transformator
8 gespeist. Um nun den Schweißstrom je nach dem verwendeten Werkstoff, der geschweißt
werden soll, in zweckmäßiger Weise zu steuern, muß dafür gesorgt werden, daß jeweils
eine oder mehrere ganze Perioden des Wechselstromes eingeschaltet sind bzw. daß
andererseits während einer oder mehrerer ganzer Perioden des Wechselstromes die
Gefäße 2 gesperrt bleiben. Zu diesem Zweck wird die Primärwicklung des Transformators
q. vom Kontakt 9 jeweils so lange kurzgeschlossen, als die Gefäße 2 (Ignitrons)
gesperrt bleiben sollen, während die Öffnung des Kontaktes 9 das Zünden der Glühkathod@enröhren
und damit das Zünden der Ignitrons bewirkt. Um nun dabei jeweils nur ganze Perioden
des Wechselstromes ein- und auszuschalten, mu,ß der Kontakt 9 synchron zur Netzfrequenz
zu bestimmten Zeitpunkten betätigt werden. Dies geschieht in einfacher Weise dadurch,
daß der Synchronmotor io ein Kettenrad antreibt, auf dem eine Rollenkette i i nach
Art einer normalen Fahrradkette läuft. Die Drehzahl des Synchromnotors wird dabei
so gewählt, daß die Umfangsgeschwindigkeit der Kette so groß wird., daß jeweils
einem Kettenglied eine ganze Periode des Wechselstromes entspricht. Durch Aufsetzen
von Schaltnocken 12 auf die Kette kann nunmehr der Kontakt 9 in der gewünschten
Weise betätigt werden. Dabei muß die Form der Schaltnocken so gewählt sein, daß
der Kontakt eine sinusförmige Bewegung macht. Die Anzahl der hintereinander aufgesetzten
Schaltnocken 12 bestimmt dann die Dauer des Schweißstromflu:sses, die Anzahl der
sich daran anschließenden Kettenglieder ohne Schaltnocken dagegen die Länge der
Schweißpausen. Je nach der Kettenzuisammensetzung läßt sich daher jedes Strom-Pausen-Verhältnis
vorher wählen. Um einen ruhigen Lauf der Kette zu gewährleisten, wird dieselbe mit
Hilfe eines zweiten Kettenrades 13, das an einer Kettenspannvorrichtung befestigt
ist, geführt.
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Erfindungsgemäß treibt nun dieses zweite Kettenrad 13 eine Kurvenscheibe
1,4 an, deren Form so gewählt ist, da.ß der gewünschte Stromverlauf sich ergibt.
Unter Stromverlauf soll hierbei der Verlauf des Effektivwertes des Schweißstromes
im Werkstück während der Einschaltdauer verstanden werden. Die Kurvenscheibe 14
betätigt den beweglichen Anker 15 einer Drosselspule 16 mit veränderlichem Luftspalt.
Die Spule 16 liegt im Stromkreis der Primärwicklung des Transformators 8, der die
Einrichtung 7 zum Erzeugen der negativen Vorspannung speist. Mit Hilfe des Schalters
17 läßt sich die Drosselspule 16 überbrücken, d. h. wirkungslos machen.
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Die Wirkungsweise der Schaltanordnung nach der Erfindung ist folgende:
Nach Öffnen des Kontaktes 9 zünden die Glühkathodenröhren 3 und geben über die Ignitrons
2 den Schweißstrom frei, und zwar für die Dauer, die durch die Anzahl der auf der
Kette ii aufgesetzten Schaltnocken r2 bestimmt wird. Wie Fig. 2 erkennen läßt, kann
nun der Zündeinsatz (a,1...82) der Glühkathodenröhren 3 dadurch in gewissen Grenzen
verändert werden, d.aß durch Vergrößern oder Verkleinern der negativen Gittervorspannung
(UGN1 ... UGN2) die Neigung der sinusförmigen Steuerspannungskurve UG dazu
herangezogen wird, einen phasenverschobenen Schnittpunkt mit der Zündcharakteristik
ZK herzustellen. Dieses Verändern der negativen Gittervorspannung wird für beide
Röhren 3 gemeinsam durch die Drosselspule 16 mit regelbarem Luftspalt herbeigeführt,
wobei das Änderungsgesetz durch die Bewegung des beweglichen Ankers 15 von der Kurvenscheibe
14 hergeleitet wird. Je nach Formgebung der Kurvensicheibe läßt sich also ein bestimmter
Verlauf der Vorspannungsän derung und damit der Änderung des Zündeinsatzes der Glühkathoden:röhren
erzielen. So läßt sich beispielsweise nach. Fig. 3, a ein langsames Ansteigen des
Schweißstromes bis zu einem Strommaximum und ein darauffolgendes gleichmäßiges Absenken
des Schweißstromes ohne weiteres herbeiführen. Ebenso ist natürlich jeder andere
Stromverlauf möglich, z. B. kann auch ein erster Schweißs.tromimpuls in voller Höhe
auf die Schweißmaschine gegebene werden, und ein darauffolgender zweiter kann wiederum
einer bestimmten Stromform folgen (Feg. 3, b) oder bei gleicher Form einen kleineren
Effektiv#,vert haben (Feg. 3, c). Diese letzte Art des Stromverlaufes hat besondere
Bedeutung beim Nachglühen geschweißter Verbindungen zur Gefügenormalisierung.